JP7515695B2 - Magnetic gap length estimation device, magnetic gap length estimation method, and driving device for rotating electric machine - Google Patents

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Description

本願は、磁気ギャップ長推定装置、磁気ギャップ長推定方法および回転電機の駆動装置に関する。 This application relates to a magnetic gap length estimation device, a magnetic gap length estimation method, and a driving device for a rotating electric machine.

電動機をはじめとした回転電機においては、回転子の中心軸と固定子の中心軸とがずれる静的偏心、回転子の形状中心と回転中心とがずれる動的偏心が存在する。このような偏心によって、回転子と固定子との間の磁気ギャップに磁気的なアンバランスが生じる。この磁気的なアンバランスは、低周波の振動および騒音などの原因となる。磁気ギャップの磁気的なアンバランスの原因となる偏心は、回転電機の製造工程において、回転子の組立工程、固定子への回転子の挿入工程、挿入後に回転軸をブラケットで封じる工程などで発生する。また、このような偏心は、回転電機の駆動中において、回転子の軸受部に生じる不具合などでも発生する。そのため、回転電機における偏心の発生を完全になくすことは困難である。そこで、製造工程において偏心を検出して補正する技術、駆動中に回転電機の電流、電圧を分析して偏心を検出する技術が必要となる。In rotating electric machines, including electric motors, there exists static eccentricity, in which the central axis of the rotor is misaligned with the central axis of the stator, and dynamic eccentricity, in which the geometric center of the rotor is misaligned with the center of rotation. Such eccentricity causes magnetic imbalance in the magnetic gap between the rotor and the stator. This magnetic imbalance causes low-frequency vibration and noise. Eccentricity, which causes magnetic imbalance in the magnetic gap, occurs in the manufacturing process of rotating electric machines during the rotor assembly process, the rotor insertion process into the stator process, and the process of sealing the rotating shaft with a bracket after insertion. In addition, such eccentricity occurs due to malfunctions that occur in the bearing part of the rotor while the rotating electric machine is in operation. Therefore, it is difficult to completely eliminate the occurrence of eccentricity in rotating electric machines. Therefore, technology is needed to detect and correct eccentricity in the manufacturing process, and technology to detect eccentricity by analyzing the current and voltage of the rotating electric machine while it is in operation.

回転電機の偏心を検出する方法として、磁気軸受システムを適用した電動機において、並列結線に流れる循環電流を検出することで偏心量を推定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、別の方法として、ベアリングレスモータにおいて、位置制御巻線を用いて三相誘起電圧を検出することで偏心量を推定する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。さらに、別の方法として、駆動中の誘導機に電力を供給するインバータの相電圧および相電流を検出することで偏心量を推定する技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。As a method for detecting eccentricity in a rotating electric machine, a technique has been proposed in which the amount of eccentricity is estimated by detecting the circulating current flowing through a parallel connection in an electric motor that uses a magnetic bearing system (see, for example, Patent Document 1). As another method, a technique has been proposed in which the amount of eccentricity is estimated by detecting a three-phase induced voltage using a position control winding in a bearingless motor (see, for example, Patent Document 2). As yet another method, a technique has been proposed in which the amount of eccentricity is estimated by detecting the phase voltage and phase current of an inverter that supplies power to an induction machine during operation (see, for example, Patent Document 3).

特許第６１９３３７７号公報Patent No. 6193377 特許第３０４４５３９号公報Patent No. 3044539 特許第３５６１８８２号公報Patent No. 3561882

従来の並列結線に流れる循環電流を検出することで偏心量を推定する方法では、循環電流を検出する電流センサが必須となる。そのため、この方法を製造工程中の偏心検査に用いる場合には、検査装置の大型化につながるという問題がある。また、この方法は、近年の小型化を志向した電流センサレスの回転電機の駆動システムの流れに逆行する。また、三相誘起電圧を検出することで偏心量を推定する方法では、電圧検知のために電流負荷が必要となる。そのため、この方法を製造工程中の偏心検査に用いる場合にも、検査装置の大型化につながるという問題がある。さらに、インバータの相電圧および相電流を検出することで偏心量を推定する方法では、相電圧測定のために結線の中性点の電圧測定が必要となる。そのため、この方法を製造工程中の偏心検査に用いることは極めて困難であるという問題がある。また、この方法を回転電機の駆動システムに適用する場合、システムの大型化につながるという問題がある。In the conventional method of estimating the amount of eccentricity by detecting the circulating current flowing through the parallel connection, a current sensor that detects the circulating current is essential. Therefore, when this method is used for eccentricity inspection during the manufacturing process, there is a problem that the inspection device becomes larger. In addition, this method runs counter to the recent trend of current sensorless drive systems for rotating electric machines, which are oriented toward miniaturization. In addition, in the method of estimating the amount of eccentricity by detecting three-phase induced voltage, a current load is required for voltage detection. Therefore, when this method is used for eccentricity inspection during the manufacturing process, there is a problem that the inspection device becomes larger. Furthermore, in the method of estimating the amount of eccentricity by detecting the phase voltage and phase current of the inverter, it is necessary to measure the voltage of the neutral point of the connection in order to measure the phase voltage. Therefore, there is a problem that it is extremely difficult to use this method for eccentricity inspection during the manufacturing process. In addition, when this method is applied to the drive system of a rotating electric machine, there is a problem that the system becomes larger.

本願は上述のような課題を解決するためになされたもので、電流センサおよび電流負荷が不要でかつ結線の中性点の電圧測定が不要な磁気ギャップ長推定装置を提供することを目的とする。 This application has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a magnetic gap length estimation device that does not require a current sensor or current load, and does not require voltage measurement at the neutral point of the connection.

本願の磁気ギャップ長推定装置は、Ｍを自然数、Ｎを２以上の自然数とし、各相の電気角位相差が３６０／Ｎ度の結線で構成され、インバータで駆動されるＭ群Ｎ相の回転電機における磁気ギャップ長を推定する磁気ギャップ長推定装置である。この磁気ギャップ長推定装置は、無負荷時に結線に誘起される線間無負荷誘起電圧を取得する電圧取得部と、回転電機の磁気ギャップ長を推定する磁気ギャップ推定部とを備えており、磁気ギャップ推定部は、電圧取得部で取得された線間無負荷誘起電圧を周波数毎の振幅と位相とに変換するスペクトル解析部と、スペクトル解析部で変換された周波数毎の振幅および位相から線間無負荷誘起電圧の基本波成分とＮ次高調波成分の振幅および位相を抽出する周波数解析部と、周波数解析部で抽出された線間無負荷誘起電圧の基本波成分とＮ次高調波成分との振幅および位相から回転電機の磁気ギャップ長を推定する推定演算部とを備えている。The magnetic gap length estimation device of the present application is a magnetic gap length estimation device that estimates the magnetic gap length of an M group N-phase rotating electric machine driven by an inverter, where M is a natural number and N is a natural number of 2 or more, and is configured with wiring with an electrical angle phase difference of 360/N degrees between each phase. This magnetic gap length estimation device includes a voltage acquisition unit that acquires a line-to-line no-load induced voltage induced in the wiring when there is no load, and a magnetic gap estimation unit that estimates the magnetic gap length of the rotating electric machine, and the magnetic gap estimation unit includes a spectrum analysis unit that converts the line-to-line no-load induced voltage acquired by the voltage acquisition unit into an amplitude and phase for each frequency, a frequency analysis unit that extracts the amplitude and phase of the fundamental wave component and Nth-order harmonic component of the line-to-line no-load induced voltage from the amplitude and phase for each frequency converted by the spectrum analysis unit, and an estimation calculation unit that estimates the magnetic gap length of the rotating electric machine from the amplitude and phase of the fundamental wave component and Nth-order harmonic component of the line-to-line no-load induced voltage extracted by the frequency analysis unit.

本願の磁気ギャップ長推定装置においては、磁気ギャップ推定部が電圧取得部で取得された線間無負荷誘起電圧を周波数毎の振幅と位相とに変換するスペクトル解析部と、線間無負荷誘起電圧の基本波成分とＮ次高調波成分の振幅および位相を抽出する周波数解析部と、回転電機の磁気ギャップ長を推定する推定演算部とを備えているので、電流センサおよび電流負荷が不要でかつ結線の中性点の電圧測定が不要となる。In the magnetic gap length estimation device of the present application, the magnetic gap estimation unit is equipped with a spectrum analysis unit that converts the line-to-line no-load induced voltage acquired by the voltage acquisition unit into amplitude and phase for each frequency, a frequency analysis unit that extracts the amplitude and phase of the fundamental wave component and Nth harmonic component of the line-to-line no-load induced voltage, and an estimation calculation unit that estimates the magnetic gap length of the rotating electric machine, so that a current sensor and current load are not required, and voltage measurement of the neutral point of the connection is not required.

実施の形態１に係る磁気ギャップ長推定装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a magnetic gap length estimation device according to a first embodiment; 実施の形態１に係る磁気ギャップ推定部の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a magnetic gap estimator according to the first embodiment. 実施の形態１に係る回転電機の構成図である。1 is a configuration diagram of a rotating electric machine according to a first embodiment; 実施の形態１に係る回転電機における結線図である。2 is a connection diagram of the rotating electric machine according to the first embodiment; 実施の形態１に係る回転電機の模式図である。1 is a schematic diagram of a rotating electric machine according to a first embodiment; 実施の形態１における磁気ギャップ長の推定方法のフローチャートである。4 is a flowchart of a method for estimating a magnetic gap length in the first embodiment. 実施の形態１の回転電機における相電圧の基本波成分を示した説明図である。4 is an explanatory diagram showing a fundamental wave component of a phase voltage in the rotating electric machine of the first embodiment. FIG. 実施の形態１の回転電機における相電圧の３次高調波成分を示した説明図である。4 is an explanatory diagram showing a third harmonic component of a phase voltage in the rotating electric machine of the first embodiment. FIG. 実施の形態１における磁気ギャップ長の推定方法の説明図である。4 is an explanatory diagram of a method for estimating a magnetic gap length in the first embodiment. FIG. 実施の形態１における磁気ギャップ長の推定方法の説明図である。4 is an explanatory diagram of a method for estimating a magnetic gap length in the first embodiment. FIG. 実施の形態１における磁気ギャップ長の推定方法の説明図である。4 is an explanatory diagram of a method for estimating a magnetic gap length in the first embodiment. FIG. 実施の形態１における磁気ギャップ長の推定方法の説明図である。4 is an explanatory diagram of a method for estimating a magnetic gap length in the first embodiment. FIG. 実施の形態１の磁気ギャップ長推定装置の推定結果を示した図である。4 is a diagram showing an estimation result of the magnetic gap length estimation device of the first embodiment. FIG. 実施の形態１に係る回転電機の構成図である。1 is a configuration diagram of a rotating electric machine according to a first embodiment; 実施の形態２に係る回転電機の駆動装置の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a drive device for a rotating electric machine according to a second embodiment. 実施の形態３に係る磁気ギャップ長推定装置の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a magnetic gap length estimation device according to a third embodiment. 実施の形態３に係る回転電機の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a rotating electric machine according to a third embodiment. 実施の形態３に係る回転電機の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a rotating electric machine according to a third embodiment. 実施の形態３に係る回転電機の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a rotating electric machine according to a third embodiment. 実施の形態４に係る磁気ギャップ長推定装置の構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram of a magnetic gap length estimation device according to a fourth embodiment. 実施の形態４に係る回転電機の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a rotating electric machine according to a fourth embodiment. 実施の形態４の回転電機における相電圧の基本波成分を示した説明図である。13 is an explanatory diagram showing a fundamental wave component of a phase voltage in a rotating electric machine according to a fourth embodiment. FIG. 実施の形態５に係る磁気ギャップ長推定装置の構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram of a magnetic gap length estimation device according to a fifth embodiment. 実施の形態５に係る回転電機の構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram of a rotating electric machine according to a fifth embodiment. 実施の形態５に係る回転電機の構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram of a rotating electric machine according to a fifth embodiment. 実施の形態５の回転電機における相電圧の基本波成分を示した説明図である。13 is an explanatory diagram showing a fundamental wave component of a phase voltage in a rotating electric machine according to a fifth embodiment. FIG. 実施の形態６に係る回転電機の駆動装置の構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram of a driving device for a rotating electric machine according to a sixth embodiment. 実施の形態１から６に係る磁気ギャップ長推定装置および回転電機の駆動装置のハードウェアの一例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of hardware of a magnetic gap length estimation device and a driving device for a rotating electric machine according to the first to sixth embodiments.

以下、本願を実施するための実施の形態に係る磁気ギャップ長推定装置および回転電機の駆動装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。Hereinafter, a magnetic gap length estimation device and a driving device for a rotating electric machine according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same reference numerals in each drawing indicate the same or corresponding parts.

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る磁気ギャップ長推定装置の構成図である。本実施の形態における磁気ギャップ長推定装置は、３群３相のインバータで駆動される回転電機を測定対象とした磁気ギャップ長推定装置である。本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置１は、電圧取得部２と磁気ギャップ推定部３とを有している。電圧取得部２は、３つのインバータ４ａ、４ｂ、４ｃと回転電機５との間の９本の結線の電圧を取得する。磁気ギャップ推定部３は、磁気ギャップを推定する。この磁気ギャップ推定部は、外部出力端子６を有している。例えば、この外部出力端子６に外部モニタを接続することで、磁気ギャップの状態を可視化することができる。 Embodiment 1.
FIG. 1 is a configuration diagram of a magnetic gap length estimation device according to a first embodiment. The magnetic gap length estimation device in this embodiment is a magnetic gap length estimation device that measures a rotating electric machine driven by a three-group three-phase inverter. The magnetic gap length estimation device 1 of this embodiment has a voltage acquisition unit 2 and a magnetic gap estimation unit 3. The voltage acquisition unit 2 acquires voltages of nine connections between three inverters 4a, 4b, and 4c and a rotating electric machine 5. The magnetic gap estimation unit 3 estimates the magnetic gap. This magnetic gap estimation unit has an external output terminal 6. For example, by connecting an external monitor to this external output terminal 6, the state of the magnetic gap can be visualized.

図２は、本実施の形態の磁気ギャップ推定部３の構成図である。この磁気ギャップ推定部３は、電圧取得部２から送信されたデータを保存するメモリ部３１、回転電機の基本特性を格納した基本特性格納部３２、磁気ギャップ長を推定するための基準となるデータを格納した推定基準格納部３３、メモリ部３１から送信されたデータに基づいて線間無負荷誘起電圧の基本波成分とＮ次高調波成分との振幅および位相を抽出する解析部３４、解析部３４で抽出されたデータに基づいて磁気ギャップ長を推定演算する推定演算部３５、および推定演算部３５で推定された演算結果を格納する演算結果格納部３６を有している。2 is a configuration diagram of the magnetic gap estimation unit 3 of this embodiment. This magnetic gap estimation unit 3 has a memory unit 31 that stores data transmitted from the voltage acquisition unit 2, a basic characteristic storage unit 32 that stores basic characteristics of the rotating electric machine, an estimation reference storage unit 33 that stores data that serves as a reference for estimating the magnetic gap length, an analysis unit 34 that extracts the amplitude and phase of the fundamental wave component and the Nth harmonic component of the line-to-line no-load induced voltage based on the data transmitted from the memory unit 31, an estimation calculation unit 35 that estimates and calculates the magnetic gap length based on the data extracted by the analysis unit 34, and a calculation result storage unit 36 that stores the calculation result estimated by the estimation calculation unit 35.

基本特性格納部３２は、測定対象の回転電機５の寸法仕様、標準回転速度などの諸元を格納している。推定基準格納部３３は、磁気ギャップ長を推定するために必要な推定基準データを格納している。推定基準データとしては、例えば測定対象の回転電機５の線間無負荷誘起電圧と磁気ギャップ長との関係などである。この推定基準データは、予め測定によって取得しておくかまたは理論計算で算出しておく。ここで線間無負荷誘起電圧とは、電機子に電流を印加しない無負荷の状態において回転電機を定格回転速度で回転させたときにコイル間に誘起される電圧である。なお、これ以降、線間無負荷誘起電圧を単に線間電圧と称する。The basic characteristic storage unit 32 stores the dimensions, standard rotation speed, and other specifications of the rotating electric machine 5 to be measured. The estimation reference storage unit 33 stores the estimation reference data required to estimate the magnetic gap length. The estimation reference data is, for example, the relationship between the line-to-line no-load induced voltage of the rotating electric machine 5 to be measured and the magnetic gap length. This estimation reference data is obtained in advance by measurement or calculated by theoretical calculation. Here, the line-to-line no-load induced voltage is the voltage induced between the coils when the rotating electric machine is rotated at the rated rotation speed in an unloaded state where no current is applied to the armature. Hereinafter, the line-to-line no-load induced voltage will be simply referred to as the line voltage.

解析部３４は、メモリ部３１から取得したデータを周波数毎の振幅と位相との情報に変換するスペクトル解析部３７と、周波数毎の振幅および位相から相電圧の基本波成分およびＮ次高調波成分の振幅および位相を抽出する周波数解析部３８とを備えている。スペクトル解析部３７は、例えば高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）のアルゴリズムを用いて振幅と位相との情報に変換するが、同様のスペクトル解析を実現できるアルゴリズムであれば別のアルゴリズムを用いてもよい。The analysis unit 34 includes a spectrum analysis unit 37 that converts the data acquired from the memory unit 31 into amplitude and phase information for each frequency, and a frequency analysis unit 38 that extracts the amplitude and phase of the fundamental wave component and the Nth harmonic component of the phase voltage from the amplitude and phase for each frequency. The spectrum analysis unit 37 converts the data into amplitude and phase information using, for example, a Fast Fourier Transform algorithm, but any other algorithm may be used as long as it can realize a similar spectrum analysis.

図３は、本実施の形態における測定対象となる回転電機５の構成図である。図３に示す回転電機５は、３群３相のインバータ駆動を想定された６極３６スロット構成の回転電機である。なお、図３において、回転子は省略されている。固定子５１はグループ１、グループ２およびグループ３の３群で独立してコイルが巻き回された構成であり、それぞれのグループが３６０／３＝１２０°の機械角位相差で固定子の周方向に配置されている。また、図３において、各コイルに流れる電流の方向は、２種類の記号でその方向を示している。丸印の中にばつ印の記号は、電流が紙面の手前から奥に向かって流れる方向を示し、丸印の中に黒丸の記号は、電流が紙面の奥から手前に向かって流れる方向を示している。本実施の形態の回転電機５の固定子５１は、複数個のスロットを跨いでコイルが配置された分布巻き構造である。３つのグループはそれぞれＵ、ＶおよびＷ相の３相で構成され、さらに各相は２つのコイルで構成されている。例えば、グループ１のＵ相のコイルを示すＵ１は、２つのコイルＵ１１、Ｕ１２を有している。図３において、グループ１の各コイルの巻き回される方向を矢印で示している。グループ２およびグループ３の各コイルの巻き回される方向は、グループ１と同じである。各グループにおける各コイルは、Ｕ、Ｗ、Ｖ相の順に周方向に連続するように巻き回されている。例えばグループ１では反時計回りにＵ１１、Ｕ１２、Ｗ１１、Ｗ１２、Ｖ１１、Ｖ１２の順番に配置されている。グループ２およびグループ３においても同様の配置である。 Figure 3 is a configuration diagram of the rotating electric machine 5 to be measured in this embodiment. The rotating electric machine 5 shown in Figure 3 is a rotating electric machine with 6 poles and 36 slots, which is assumed to be driven by a 3-group, 3-phase inverter. In Figure 3, the rotor is omitted. The stator 51 is configured with coils wound independently in three groups, group 1, group 2, and group 3, and each group is arranged in the circumferential direction of the stator with a mechanical angle phase difference of 360/3 = 120°. In Figure 3, the direction of the current flowing through each coil is indicated by two types of symbols. The symbol of a cross in a circle indicates the direction in which the current flows from the front to the back of the paper, and the symbol of a black circle in a circle indicates the direction in which the current flows from the back to the front of the paper. The stator 51 of the rotating electric machine 5 in this embodiment has a distributed winding structure in which coils are arranged across multiple slots. Each of the three groups is composed of three phases, U, V, and W phases, and each phase is further composed of two coils. For example, U1, which indicates the U-phase coil of group 1, has two coils U11 and U12. In FIG. 3, the winding direction of each coil in group 1 is indicated by an arrow. The winding direction of each coil in groups 2 and 3 is the same as that of group 1. The coils in each group are wound continuously in the circumferential direction in the order of U, W, and V phases. For example, in group 1, they are arranged in the order U11, U12, W11, W12, V11, and V12 in a counterclockwise direction. The same arrangement is used in groups 2 and 3.

すなわち、ＭおよびＫを自然数、Ｎを２以上の自然数としたときに、Ｍ群Ｎ相で各相がＫ個のコイルで構成された回転電機におけるｍ群ｎ相ｋ番目のコイルをＣ（ｍ、ｎ、ｋ）と表記した場合、本実施の形態の回転電機５は、１≦ｍ≦Ｍ、１≦ｎ≦Ｎ、１≦ｋ≦Ｋ、かつＭ＝３、Ｎ＝３、Ｋ＝２である。そして、この回転電機５のコイルは、グループ１から反時計回りに、Ｃ（１、１、１）、Ｃ（１、１、２）、Ｃ（１、２、１）、Ｃ（１、２、２）、Ｃ（１、３、１）、Ｃ（１、３、２）、Ｃ（２、１、１）、Ｃ（２、１、２）、Ｃ（２、２、１）、Ｃ（２、２、２）、Ｃ（２、３、１）、Ｃ（２、３、２）、Ｃ（３、１、１）、Ｃ（３、１、２）、Ｃ（３、２、１）、Ｃ（３、２、２）、Ｃ（３、３、１）、Ｃ（３、３、２）の順番に配置されている。このように各群各相のコイルを周方向に連続して配置することで、静的偏心および動的偏心に起因する磁気ギャップ長のアンバランスによる各相の電圧波形の振幅の差異が大きくなる。詳細は後述するが、各相の電圧波形の振幅の差異が大きくなると、磁気ギャップ長の推定に用いる各線間電圧のＮ次高調波成分の差異も大きくなるため、磁気ギャップ長の推定精度をより高めることができる。In other words, when M and K are natural numbers and N is a natural number greater than or equal to 2, if the kth coil in m groups and n phases in a rotating electric machine consisting of M groups and N phases, each of which has K coils, is expressed as C(m, n, k), then the rotating electric machine 5 of this embodiment satisfies 1≦m≦M, 1≦n≦N, 1≦k≦K, and M=3, N=3, and K=2. The coils of the rotating electric machine 5 are arranged in the following order from group 1 in a counterclockwise direction: C(1,1,1), C(1,1,2), C(1,2,1), C(1,2,2), C(1,3,1), C(1,3,2), C(2,1,1), C(2,1,2), C(2,2,1), C(2,2,2), C(2,3,1), C(2,3,2), C(3,1,1), C(3,1,2), C(3,2,1), C(3,2,2), C(3,3,1), C(3,3,2). By arranging the coils of each phase of each group continuously in the circumferential direction in this manner, the difference in amplitude of the voltage waveform of each phase due to the imbalance of the magnetic gap length caused by static eccentricity and dynamic eccentricity becomes large. As described in detail below, when the difference in amplitude of the voltage waveforms of each phase becomes larger, the difference in the Nth harmonic components of each line voltage used to estimate the magnetic gap length also becomes larger, thereby making it possible to further improve the accuracy of estimating the magnetic gap length.

図４は、本実施の形態における回転電機の結線図である。各グループのコイルは、それぞれ独立したＹ型結線で構成されており、各相のコイルは直列接続されている。このような回路構成とすることで、各相の電圧波形の振幅の差異がより大きくなるため、上述と同様の理由で、磁気ギャップ長の推定精度をより高めることができる。また、各グループのコイルがＹ型結線でかつ各相のコイルが直列接続されているので循環電流が発生しない。そのため、循環電流に起因する誘起電圧の影響がないので、線間電圧の検出精度を向上させることができる。 Figure 4 is a wiring diagram of a rotating electric machine in this embodiment. The coils of each group are each configured with an independent Y-type connection, and the coils of each phase are connected in series. With this circuit configuration, the difference in amplitude of the voltage waveforms of each phase becomes greater, and for the same reasons as above, the estimation accuracy of the magnetic gap length can be improved. In addition, since the coils of each group are Y-type connected and the coils of each phase are connected in series, no circulating current is generated. Therefore, there is no influence of induced voltage caused by circulating current, and the detection accuracy of the line voltage can be improved.

次に、本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置１における磁気ギャップ長の推定方法について説明する。図５は、測定対象の回転電機において、静的偏心が発生した状態を示した模式図である。この回転電機５では、固定子５１の中心軸に対して回転子５２の中心軸がグループ３の方向に偏心していると仮定する。この場合、固定子５１と回転子５２との間の磁気ギャップは、周方向に不均一となっている。この図５に示す回転電機に対する磁気ギャップ長の推定方法を説明する。 Next, a method for estimating the magnetic gap length in the magnetic gap length estimation device 1 of this embodiment will be described. Figure 5 is a schematic diagram showing a state in which static eccentricity has occurred in the rotating electric machine to be measured. In this rotating electric machine 5, it is assumed that the central axis of the rotor 52 is eccentric in the direction of group 3 relative to the central axis of the stator 51. In this case, the magnetic gap between the stator 51 and the rotor 52 is non-uniform in the circumferential direction. A method for estimating the magnetic gap length for the rotating electric machine shown in Figure 5 will be described.

図６は、本実施の形態における磁気ギャップ長の推定方法のフローチャートである。ステップＳ１において、Ｕ１相を基準としてＵ１相と他の相との間で線間無負荷誘起電圧（以下、線間電圧と記す）を取得する。具体的には、磁気ギャップ長推定装置１の電圧取得部２が、Ｕ１－Ｖ１、Ｕ１－Ｗ１、Ｕ１－Ｕ２、Ｕ１－Ｖ２、Ｕ１－Ｗ２、Ｕ１－Ｕ３、Ｕ１－Ｖ３、Ｕ１－Ｗ３間の線間電圧を取得する。次にステップＳ２において、電圧取得部２は、取得した線間電圧のデータを磁気ギャップ推定部３に送信する。磁気ギャップ推定部３は、受信した線間電圧のデータをメモリ部３１に保存する。 Figure 6 is a flowchart of a method for estimating magnetic gap length in this embodiment. In step S1, the line-to-line no-load induced voltage (hereinafter referred to as line voltage) is acquired between the U1 phase and other phases, with the U1 phase as the reference. Specifically, the voltage acquisition unit 2 of the magnetic gap length estimation device 1 acquires the line voltages between U1-V1, U1-W1, U1-U2, U1-V2, U1-W2, U1-U3, U1-V3, and U1-W3. Next, in step S2, the voltage acquisition unit 2 transmits the acquired line voltage data to the magnetic gap estimation unit 3. The magnetic gap estimation unit 3 stores the received line voltage data in the memory unit 31.

次にステップＳ３において、解析部３４のスペクトル解析部３７は、メモリ部３１に保存された線間電圧のデータに対してスペクトル解析を行う。具体的には、スペクトル解析部３７は線間電圧のデータに対して高速フーリエ変換のアルゴリズムを適用して、周波数毎の振幅と位相との情報に変換する。次にステップＳ４において、周波数解析部３８は、周波数毎の振幅および位相の情報から各線間電圧の基本波成分とＮ次高調波成分との振幅および位相を抽出する。Next, in step S3, the spectrum analysis unit 37 of the analysis unit 34 performs spectrum analysis on the line voltage data stored in the memory unit 31. Specifically, the spectrum analysis unit 37 applies a fast Fourier transform algorithm to the line voltage data to convert it into amplitude and phase information for each frequency. Next, in step S4, the frequency analysis unit 38 extracts the amplitude and phase of the fundamental wave component and Nth harmonic component of each line voltage from the amplitude and phase information for each frequency.

ここで、相電圧および線間電圧の基本波成分およびＮ次高調波成分と磁気ギャップ長との関係について説明する。なお、本実施の形態においては、Ｎ＝３となる。
図７および図８は、回転電機５のグループ１およびグループ３におけるそれぞれの相電圧および線間電圧を示した説明図である。図７は基本波成分のベクトル表記、図８は３次高調波成分のベクトル表記である。図７および図８において、実線矢印はグループ１のベクトル、破線矢印はグループ３のベクトルである。仮に静的偏心が発生していない場合、つまり磁気ギャップ長が均一な場合は、各グループの相電圧の基本波成分は電気的に１２０°の位相差であり、各グループの３次高調波成分は位相が一致する。しかしなら、図５に示したようにグループ３における磁気ギャップ長が短くなっている場合、グループ３においては磁気ギャップの磁気抵抗が低下するためにコイルを透過する磁束量が増加する。そのため、磁気ギャップ長が均一な場合と比較してグループ３の相電圧は増加する。一方、グループ１における磁気ギャップ長は広くなっているので、グループ１における磁気ギャップの磁気抵抗が増加するためにコイルを透過する磁束量が減少する。そのため、磁気ギャップ長が均一な場合と比較してグループ１の相電圧は減少する。このことは、図７および図８において、グループ３のＵ３、Ｖ３およびＷ３相のベクトルの長さが、グループ１のＵ１、Ｖ１およびＷ１相のベクトルの長さよりもそれぞれ大きいことに対応している。 Here, the relationship between the magnetic gap length and the fundamental wave component and N-th harmonic component of the phase voltage and line voltage will be described. Note that in this embodiment, N=3.
7 and 8 are explanatory diagrams showing the phase voltages and line voltages in groups 1 and 3 of the rotating electric machine 5. FIG. 7 shows vector representations of fundamental wave components, and FIG. 8 shows vector representations of third harmonic components. In FIG. 7 and FIG. 8, the solid arrows show vectors of group 1, and the dashed arrows show vectors of group 3. If no static eccentricity occurs, that is, if the magnetic gap length is uniform, the fundamental wave components of the phase voltages of each group have an electrical phase difference of 120°, and the third harmonic components of each group are in phase with each other. However, if the magnetic gap length in group 3 is shortened as shown in FIG. 5, the magnetic resistance of the magnetic gap in group 3 decreases, so the amount of magnetic flux penetrating the coil increases. Therefore, the phase voltage of group 3 increases compared to when the magnetic gap length is uniform. On the other hand, since the magnetic gap length in group 1 is wider, the magnetic resistance of the magnetic gap in group 1 increases, so the amount of magnetic flux penetrating the coil decreases. Therefore, the phase voltage of group 1 decreases compared to when the magnetic gap length is uniform. This corresponds to the fact that in Figures 7 and 8, the vector lengths of the U3, V3 and W3 phases of group 3 are greater than the vector lengths of the U1, V1 and W1 phases of group 1, respectively.

また、静的偏心で各コイルを透過する磁束量が不均一となるため、相電圧の位相は磁気ギャップ長が均一なときの相電圧の位相からずれる。そのため、グループ１のベクトルの向きとグループ３のベクトルの向きとが異なっている。ここで図８に示す３次高調波成分に着目する。仮に磁気ギャップ長が均一な場合は、すべてのグループの相電圧のベクトルの長さと向きとが一致するために、相電圧のベクトルの差で表される線間電圧は発生しない。しかしながら、磁気ギャップ長が不均一な場合は、各グループの相電圧のベクトルの長さおよび向きに差異が生じる。そのため、図８に示すように、Ｕ１－Ｕ３、Ｕ１－Ｖ３およびＵ１－Ｗ３間の線間電圧が発生する。すなわち、線間電圧の３次高調波成分は、磁気ギャップ長に不均一が発生したときに現れる特徴量であることがわかる。 In addition, because the amount of magnetic flux passing through each coil becomes non-uniform due to static eccentricity, the phase of the phase voltage shifts from the phase of the phase voltage when the magnetic gap length is uniform. Therefore, the vector direction of group 1 is different from the vector direction of group 3. Here, we focus on the third harmonic component shown in Figure 8. If the magnetic gap length is uniform, the length and direction of the phase voltage vector of all groups are the same, so no line voltage represented by the difference in the phase voltage vector is generated. However, if the magnetic gap length is non-uniform, differences occur in the length and direction of the phase voltage vector of each group. Therefore, as shown in Figure 8, line voltages are generated between U1-U3, U1-V3, and U1-W3. In other words, it can be seen that the third harmonic component of the line voltage is a characteristic quantity that appears when non-uniformity occurs in the magnetic gap length.

次に、図６に示す磁気ギャップ長の推定方法のフローチャートの説明に戻る。
周波数解析部３８は、ステップＳ５において、各線間電圧の基本波成分を用いて相電圧の基本波成分および３次高調波成分を推定する。この推定においては、磁気ギャップ長が不均一なときの相電圧の位相と磁気ギャップ長が均一なときの相電圧の位相とのずれは小さいものと仮定してそのずれを無視し、線間電圧のベクトルと相電圧のベクトルとの理論的な相対関係を用いる。図９は、ステップＳ５におけるＵ１－Ｖ１の線間電圧からＵ１相の相電圧の基本波成分および３次高調波成分の位相を推定する方法を説明する説明図である。図９に示す推定方法は、Ｕ１相の相電圧波形として正弦波を仮定した場合の方法である。Ｕ１相の相電圧の基本波成分の位相は、Ｕ１－Ｖ１の線間電圧の基本波成分の位相より３０°遅れであり、さらにＵ１相の相電圧の３次高調波成分の位相は、Ｕ１相の相電圧の基本波成分の位相の３倍である。このことは、交流回路の理論、および図７並びに図８に示すベクトルの関係より明らかである。この関係を用いて、Ｕ１相の相電圧の３次高調波成分の位相を推定できる。なお、Ｕ１相の相電圧波形として余弦波を仮定した場合、Ｕ１相の相電圧の３次成分の位相は、Ｕ１相の相電圧の基本波成分の位相の３倍からさらに１８０°の位相差となることは明らかである。 Next, we will return to the explanation of the flowchart of the method for estimating the magnetic gap length shown in FIG.
In step S5, the frequency analysis unit 38 estimates the fundamental and third harmonic components of the phase voltages using the fundamental components of the line voltages. In this estimation, the deviation between the phase of the phase voltage when the magnetic gap length is not uniform and the phase of the phase voltage when the magnetic gap length is uniform is assumed to be small, and the deviation is ignored, and a theoretical relative relationship between the vector of the line voltage and the vector of the phase voltage is used. FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a method for estimating the phase of the fundamental and third harmonic components of the phase voltage of the U1 phase from the line voltage of U1-V1 in step S5. The estimation method shown in FIG. 9 is a method in which a sine wave is assumed as the phase voltage waveform of the U1 phase. The phase of the fundamental component of the phase voltage of the U1 phase lags 30° behind the phase of the fundamental component of the line voltage of U1-V1, and further, the phase of the third harmonic component of the phase voltage of the U1 phase is three times the phase of the fundamental component of the phase voltage of the U1 phase. This is clear from AC circuit theory and the vector relationships shown in Figures 7 and 8. Using this relationship, the phase of the third harmonic component of the phase voltage of the U1 phase can be estimated. If a cosine wave is assumed as the phase voltage waveform of the U1 phase, it is clear that the phase of the third harmonic component of the phase voltage of the U1 phase will have a phase difference of 180° from three times the phase of the fundamental wave component of the phase voltage of the U1 phase.

次に推定演算部３５は、線間電圧の３次高調波成分と相電圧の３次高調波成分とを用いて磁気ギャップ長を推定する。そのため、推定演算部３５は、ステップＳ６において、基準相のコイルが巻かれたグループの中心位置の磁気ギャップ長に対する、各相のコイルが巻かれたグループの中心位置の磁気ギャップ長の変位量の絶対値を推定する。次に推定演算部３５は、ステップＳ７において、線間電圧の３次高調波成分の位相とステップＳ５で推定された相電圧の３次高調波成分の位相との関係に基づいて、各相のコイルが巻かれたグループの中心位置の磁気ギャップ長の変位が基準相のコイルが巻かれたグループの中心位置の磁気ギャップ長に対して正方向または負方向であるかを推定する。Next, the estimation calculation unit 35 estimates the magnetic gap length using the third harmonic component of the line voltage and the third harmonic component of the phase voltage. Therefore, in step S6, the estimation calculation unit 35 estimates the absolute value of the displacement of the magnetic gap length at the center position of the group in which the coil of each phase is wound relative to the magnetic gap length at the center position of the group in which the coil of the reference phase is wound. Next, in step S7, the estimation calculation unit 35 estimates whether the displacement of the magnetic gap length at the center position of the group in which the coil of each phase is wound is in the positive direction or the negative direction relative to the magnetic gap length at the center position of the group in which the coil of the reference phase is wound, based on the relationship between the phase of the third harmonic component of the line voltage and the phase of the third harmonic component of the phase voltage estimated in step S5.

図１０は、基準相と他の相との磁気ギャップ長の変位量と線間電圧の３次高調波成分の振幅との関係の一例を示す説明図である。ステップＳ５で説明したように、磁気ギャップ長が不均一なときの相電圧の位相と磁気ギャップ長が均一なときの相電圧の位相とのずれは小さいものと仮定した場合、磁気ギャップ長の変位量と線間電圧の３次高調波成分の振幅とは相関があり、概ね比例関係となる。この基準相と各相との磁気ギャップ長の変位量と線間電圧の３次高調波成分の振幅との関係は、予め理論計算、シミュレーション、実験などによりデータベース化して推定基準格納部３３に格納しておく。推定演算部３５は、ステップＳ６において、推定基準格納部３３に格納された基準相と他の相との磁気ギャップ長の変位量と線間電圧の３次高調波成分の振幅との関係を用いて、各相のコイルが巻かれたグループの磁気ギャップ長の変位量の絶対値を推定する。10 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the displacement of the magnetic gap length between the reference phase and other phases and the amplitude of the third harmonic component of the line voltage. As explained in step S5, if it is assumed that the phase shift between the phase voltage when the magnetic gap length is nonuniform and the phase voltage when the magnetic gap length is uniform is small, the displacement of the magnetic gap length and the amplitude of the third harmonic component of the line voltage are correlated and are approximately proportional. The relationship between the displacement of the magnetic gap length between the reference phase and each phase and the amplitude of the third harmonic component of the line voltage is stored in the estimation reference storage unit 33 in advance as a database by theoretical calculation, simulation, experiment, etc. In step S6, the estimation calculation unit 35 estimates the absolute value of the displacement of the magnetic gap length of the group in which the coil of each phase is wound, using the relationship between the displacement of the magnetic gap length between the reference phase and other phases stored in the estimation reference storage unit 33 and the amplitude of the third harmonic component of the line voltage.

図１１および図１２は、磁気ギャップ長の縮小または拡大の方向を判定する方法の一例を示す説明図である。図１１および図１２は、ステップＳ５で推定された相電圧の３次高調波成分の位相の関係を示している。図１１はＶ３相の相電圧の３次成分がＵ１相の相電圧の３次成分より大きい場合を示しており、図１２はＶ３相の相電圧の３次成分がＵ１相の相電圧の３次成分より小さい場合を示している。図１１に示すように、Ｖ３相の相電圧の３次成分がＵ１相の相電圧の３次成分より大きい場合は、Ｖ３相のコイルが巻かれたグループ３の磁気ギャップ長がＵ１相のコイルが巻かれたグループ１の磁気ギャップ長よりも縮小している場合に対応している。このとき、Ｕ１－Ｖ３線間電圧の３次成分のベクトルの向きは、基準とするＵ１相の相電圧の３次成分のベクトルの向きに対して９０°以上２７０°未満の範囲である。一方、図１２に示すように、Ｖ３相の相電圧の３次成分がＵ１相の相電圧の３次成分より小さい場合は、Ｖ３相のコイルが巻かれたグループ３の磁気ギャップ長がＵ１相のコイルが巻かれたグループ１の磁気ギャップ長よりも拡大している場合に対応している。このとき、Ｕ１－Ｖ３線間電圧の３次成分のベクトルの向きは、基準とするＵ１相の相電圧の３次成分のベクトルの向きに対して０°以上９０°未満または２７０°以上３６０°未満の範囲である。このような関係を用いて推定演算部３５は、ステップＳ７において、各相のコイルが巻かれたグループの磁気ギャップ長の変位が基準相のコイルが巻かれたグループの磁気ギャップ長に対して正方向または負方向であるかを推定する。本実施の形態のように、グループ３の磁気ギャップ長が縮小する向きに静的偏心が発生している場合は図８に示す関係となり、この関係は図１１に示す関係と同様である。したがって、Ｖ３相のコイルが巻かれたグループ３の磁気ギャップ長が、Ｕ１相のコイルが巻かれたグループ１の磁気ギャップ長に対して縮小していると判定できる。11 and 12 are explanatory diagrams showing an example of a method for determining the direction of reduction or expansion of the magnetic gap length. FIG. 11 and FIG. 12 show the phase relationship of the third harmonic components of the phase voltages estimated in step S5. FIG. 11 shows a case where the third component of the phase voltage of the V3 phase is larger than the third component of the phase voltage of the U1 phase, and FIG. 12 shows a case where the third component of the phase voltage of the V3 phase is smaller than the third component of the phase voltage of the U1 phase. As shown in FIG. 11, when the third component of the phase voltage of the V3 phase is larger than the third component of the phase voltage of the U1 phase, it corresponds to a case where the magnetic gap length of group 3 in which the V3 phase coil is wound is reduced more than the magnetic gap length of group 1 in which the U1 phase coil is wound. At this time, the vector direction of the third component of the U1-V3 line voltage is in the range of 90° or more and less than 270° with respect to the vector direction of the third component of the phase voltage of the U1 phase, which is used as a reference. On the other hand, as shown in Fig. 12, when the tertiary component of the phase voltage of the V3 phase is smaller than the tertiary component of the phase voltage of the U1 phase, this corresponds to the case where the magnetic gap length of group 3 in which the V3 phase coil is wound is larger than the magnetic gap length of group 1 in which the U1 phase coil is wound. In this case, the vector direction of the tertiary component of the U1-V3 line voltage is in the range of 0° or more and less than 90° or 270° or more and less than 360° with respect to the vector direction of the tertiary component of the phase voltage of the reference U1 phase. Using such a relationship, the estimation calculation unit 35 estimates in step S7 whether the displacement of the magnetic gap length of the group in which the coils of each phase are wound is in the positive direction or the negative direction with respect to the magnetic gap length of the group in which the reference phase coil is wound. When static eccentricity occurs in the direction in which the magnetic gap length of group 3 is reduced as in the present embodiment, the relationship shown in Fig. 8 is obtained, and this relationship is the same as the relationship shown in Fig. 11. Therefore, it can be determined that the magnetic gap length of group 3 in which the V3-phase coil is wound is reduced compared to the magnetic gap length of group 1 in which the U1-phase coil is wound.

このようにして本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置１は、測定対象の回転電機の磁気ギャップ長を推定することができる。図１３は、本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置１が図５に示す回転電機に対して磁気ギャップ長を推定した結果を示した図である。図１３において、円形の破線は偏心が発生していない場合の磁気ギャップ長、円形の実線は事前の解析データに基づく偏心発生時の磁気ギャップの理論計算値、黒丸は本実施の形態における磁気ギャップ長の推定値である。本実施の形態においては、３群３相の回転電機を対象に磁気ギャップ長の推定を行ったので、３×３＝９点における磁気ギャップ長を推定できる。なお、図１３においては、磁気ギャップ長の空間分布を視覚的に把握しやすくするため、９点の磁気ギャップ長の推定点の空間配置の関係が回転電機の実構造と対応するように、原点と各推定点とを結んだ線分がなす角度を回転電機の実構造における中心とグループの中心位置とを結んだ線分がなす角度と一致するように設定している。そして、原点から各推定点までの距離は、基準相の巻線位置における磁気ギャップ長を１とした場合の各推定点の変位量を加算または減算した相対値としている。In this way, the magnetic gap length estimation device 1 of this embodiment can estimate the magnetic gap length of the rotating electric machine to be measured. FIG. 13 is a diagram showing the result of estimating the magnetic gap length for the rotating electric machine shown in FIG. 5 by the magnetic gap length estimation device 1 of this embodiment. In FIG. 13, the circular dashed line indicates the magnetic gap length when no eccentricity occurs, the circular solid line indicates the theoretical calculation value of the magnetic gap when eccentricity occurs based on the analysis data in advance, and the black circle indicates the estimated value of the magnetic gap length in this embodiment. In this embodiment, the magnetic gap length was estimated for a three-group three-phase rotating electric machine, so that the magnetic gap length at 3×3=9 points can be estimated. In FIG. 13, in order to make it easier to visually grasp the spatial distribution of the magnetic gap length, the angle formed by the line segment connecting the origin and each estimated point is set to match the angle formed by the line segment connecting the center of the actual structure of the rotating electric machine and the center position of the group so that the spatial arrangement relationship of the nine estimated points of the magnetic gap length corresponds to the actual structure of the rotating electric machine. The distance from the origin to each estimated point is a relative value obtained by adding or subtracting the amount of displacement of each estimated point when the magnetic gap length at the winding position of the reference phase is set to 1.

本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置１は、図１３に示すように、基準相であるＵ１相が巻かれたグループ１の中心位置における磁気ギャップ長に対して、他のグループの中心位置における各相の磁気ギャップ長を相対値として推定できる。また、円形の実線で示す理論計算値と本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置１で得られた磁気ギャップ長の推定値とはおおよそ一致していることがわかる。ただし、理論計算値と推定値との間には誤差も発生している。この誤差は、ステップＳ６において、磁気ギャップ長が不均一なときの相電圧の位相と磁気ギャップ長が均一なときの相電圧の位相とのずれは小さいものと仮定したことに起因すると思われる。本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置は、多少の誤差があったとしても、偏心が発生した位置とその偏心の方向は明確に推定することができる。As shown in FIG. 13, the magnetic gap length estimation device 1 of this embodiment can estimate the magnetic gap length of each phase at the center position of the other groups as a relative value to the magnetic gap length at the center position of group 1 in which the reference phase U1 phase is wound. It can also be seen that the theoretical calculation value shown by the circular solid line roughly matches the estimated value of the magnetic gap length obtained by the magnetic gap length estimation device 1 of this embodiment. However, an error also occurs between the theoretical calculation value and the estimated value. This error is thought to be due to the assumption in step S6 that the shift between the phase of the phase voltage when the magnetic gap length is nonuniform and the phase of the phase voltage when the magnetic gap length is uniform is small. The magnetic gap length estimation device of this embodiment can clearly estimate the position where eccentricity occurs and the direction of eccentricity even if there is some error.

上述のように、本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置は、無負荷時に誘起される線間電圧を取得する電圧取得部と、回転電機の磁気ギャップ長を推定する磁気ギャップ推定部とを備えている。そして、磁気ギャップ推定部は、線間電圧を周波数毎の振幅と位相とに変換するスペクトル解析部と、周波数毎の振幅および位相から線間電圧の基本波成分とＮ次高調波成分の振幅および位相を抽出する周波数解析部と、線間電圧の基本波成分とＮ次高調波成分との振幅および位相から回転電機の磁気ギャップ長を推定する推定演算部とを備えている。そのため、本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置は、電流センサおよび電流負荷が不要でかつ結線の中性点の電圧測定が不要となる。As described above, the magnetic gap length estimation device of this embodiment includes a voltage acquisition unit that acquires the line voltage induced when there is no load, and a magnetic gap estimation unit that estimates the magnetic gap length of the rotating electric machine. The magnetic gap estimation unit includes a spectrum analysis unit that converts the line voltage into an amplitude and phase for each frequency, a frequency analysis unit that extracts the amplitude and phase of the fundamental wave component and the Nth harmonic component of the line voltage from the amplitude and phase for each frequency, and an estimation calculation unit that estimates the magnetic gap length of the rotating electric machine from the amplitude and phase of the fundamental wave component and the Nth harmonic component of the line voltage. Therefore, the magnetic gap length estimation device of this embodiment does not require a current sensor and a current load, and does not require voltage measurement of the neutral point of the connection.

なお、本実施の形態においては、Ｕ１相を基準相とする例を示したが、他の相のいずれかを基準相とした場合についても同様の効果が得られる。また、本実施の形態においては、グループ３の方向に磁気ギャップ長が縮小する静的偏心の例を示した。本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置は、それ以外の方向に静的偏心が発生する場合についても同様の効果が得られる。また、この磁気ギャップ長推定装置は、動的偏心に対しても磁気ギャップ長が縮小または拡大する方向が時間変動する点を考慮して単位時間毎に磁気ギャップ長の推定を行うことで、同様の効果が得られる。さらには、静的偏心、動的偏心以外の要因で磁気ギャップ長のアンバランスが発生する場合についても、基準相と他の相との間における線間無負荷誘起電圧に差異が生じる場合は、本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置を用いることで同様の効果が得られる。In this embodiment, an example is shown in which the U1 phase is used as the reference phase, but the same effect can be obtained when any of the other phases is used as the reference phase. In addition, in this embodiment, an example is shown in which the static eccentricity reduces the magnetic gap length in the direction of group 3. The magnetic gap length estimation device of this embodiment can achieve the same effect when static eccentricity occurs in other directions. In addition, this magnetic gap length estimation device can achieve the same effect by estimating the magnetic gap length for each unit time, taking into account that the direction in which the magnetic gap length reduces or expands varies with time for dynamic eccentricity. Furthermore, even when an imbalance in the magnetic gap length occurs due to factors other than static eccentricity and dynamic eccentricity, if a difference occurs in the line-to-line no-load induced voltage between the reference phase and other phases, the magnetic gap length estimation device of this embodiment can achieve the same effect.

本実施の形態においては、３群３相の巻線の９本の結線すべてに対して磁気ギャップ長推定装置の電圧取得部が接続されている。本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置は、各群の３本の結線のうち少なくとも２本に電圧取得部が接続されていれば、測定点が減少するものの磁気ギャップ長を推定することができる。In this embodiment, the voltage acquisition unit of the magnetic gap length estimation device is connected to all nine connections of the three groups of three-phase windings. The magnetic gap length estimation device of this embodiment can estimate the magnetic gap length, although the number of measurement points is reduced, as long as the voltage acquisition unit is connected to at least two of the three connections of each group.

図１４は、本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置の測定対象となる別の回転電機の構成図である。なお、図１４において、回転子は省略されている。また、図１４において、各コイルに流れる電流の方向は、２種類の記号でその方向を示している。図１４に示す固定子５１は、１つのティースに集中巻きでコイルが巻かれた６極９スロットの構成である。この回転電機５は、ｍ群ｎ相ｋ番目のコイルをＣ（ｍ、ｎ、ｋ）と表記した場合、１≦ｍ≦Ｍ、１≦ｎ≦Ｎ、１≦ｋ≦Ｋ、かつＭ＝３、Ｎ＝３、Ｋ＝１である。そしてこの回転電機５のコイルは、グループ１から反時計回りに、Ｃ（１、１、１）、Ｃ（１、２、１）、Ｃ（１、３、１）、Ｃ（２、１、１）、Ｃ（２、２、１）、Ｃ（２、３、１）、Ｃ（３、１、１）、Ｃ（３、２、１）、Ｃ（３、３、１）の順番に配置されている。このような集中巻きの回転電機においても、各群各相のコイルが周方向に連続的に配置されていることで、偏心に起因する磁気ギャップ長のアンバランスによる各相の電圧波形の振幅の差異が大きくなる。そのため、各線間電圧の３次高調波成分の差異も大きくなるため、磁気ギャップ長の推定精度をより高めることができる。 Figure 14 is a configuration diagram of another rotating electric machine that is the measurement target of the magnetic gap length estimation device of this embodiment. In FIG. 14, the rotor is omitted. In FIG. 14, the direction of the current flowing through each coil is indicated by two types of symbols. The stator 51 shown in FIG. 14 has a 6-pole, 9-slot configuration with a coil wound by concentrated winding on one tooth. In this rotating electric machine 5, when the m-group, n-phase, k-th coil is expressed as C(m, n, k), 1≦m≦M, 1≦n≦N, 1≦k≦K, and M=3, N=3, K=1. The coils of this rotating electric machine 5 are arranged in the following order from group 1 in a counterclockwise direction: C(1,1,1), C(1,2,1), C(1,3,1), C(2,1,1), C(2,2,1), C(2,3,1), C(3,1,1), C(3,2,1), C(3,3,1). Even in such a rotating electric machine with concentrated windings, the coils of each group and each phase are arranged continuously in the circumferential direction, so that the difference in amplitude of the voltage waveforms of each phase due to the imbalance in the magnetic gap length caused by eccentricity becomes large, and therefore the difference in the third harmonic components of the line voltages also becomes large, which makes it possible to further improve the estimation accuracy of the magnetic gap length.

なお、本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置においては、基準の相に対する他の相との間の線間電圧を測定している。この線間電圧には、異なるグループにそれぞれ属する２つの相の間の線間電圧も含まれている。各グループのコイルは、それぞれ独立したＹ型結線で構成されている。そのため、各グループのコイルが電気的に独立していることに起因する電位差のオフセット成分が、異なるグループにそれぞれ属する２つの相の間の線間電圧に含まれる可能性がある。このオフセット成分を取り除くために、各グループのコイルのＹ型結線の中性点同士を電気的に接続してもよい。In the magnetic gap length estimation device of this embodiment, the line voltage between the reference phase and other phases is measured. This line voltage also includes the line voltage between two phases that belong to different groups. The coils in each group are each configured with an independent Y-connection. Therefore, an offset component of the potential difference caused by the coils in each group being electrically independent may be included in the line voltage between two phases that belong to different groups. In order to remove this offset component, the neutral points of the Y-connection of the coils in each group may be electrically connected to each other.

実施の形態２．
図１５は、実施の形態２に係る回転電機の駆動装置の構成図である。本実施の形態における回転電機の駆動装置１０は、実施の形態１の磁気ギャップ長推定装置１と、３つのインバータ４ａ、４ｂ、４ｃに制御パラメータを送る制御パラメータ演算部７とを有している。制御パラメータ演算部７は、磁気ギャップ長推定装置１で推定された磁気ギャップ長に基づいて、回転電機５の各グループへの電流入力値を調整する制御パラメータを３つのインバータ４ａ、４ｂ、４ｃにそれぞれ送る。また、制御パラメータ演算部７は、外部出力端子８を有している。例えば、この外部出力端子８に外部モニタを接続することで、磁気ギャップの状態および制御パラメータを可視化することができる。 Embodiment 2.
15 is a configuration diagram of a driving device for a rotating electric machine according to a second embodiment. A driving device 10 for a rotating electric machine according to the present embodiment includes the magnetic gap length estimation device 1 according to the first embodiment and a control parameter calculation unit 7 that sends control parameters to three inverters 4a, 4b, and 4c. The control parameter calculation unit 7 sends control parameters for adjusting the current input value to each group of the rotating electric machine 5 to each of the three inverters 4a, 4b, and 4c based on the magnetic gap length estimated by the magnetic gap length estimation device 1. The control parameter calculation unit 7 also includes an external output terminal 8. For example, by connecting an external monitor to the external output terminal 8, the state of the magnetic gap and the control parameters can be visualized.

例えば、実施の形態１で説明したように、回転電機５がグループ３の磁気ギャップ長が縮小する方向に静的偏心を有する場合、グループ３に属するコイルへの電流入力値をグループ１およびグループ２に属するコイルへの電流入力値より小さく設定する。このように制御することで、偏心に起因する振動および騒音を低減することができる。For example, as described in the first embodiment, if the rotating electric machine 5 has static eccentricity in the direction in which the magnetic gap length of group 3 is reduced, the current input value to the coils belonging to group 3 is set to be smaller than the current input values to the coils belonging to groups 1 and 2. By controlling in this manner, it is possible to reduce vibration and noise caused by eccentricity.

なお、本実施の形態においては、３群３相の巻線の９本の結線すべてに対して磁気ギャップ長推定装置の電圧取得部が接続されている。本実施の形態の回転電機の駆動装置は、各群の３本の結線のうち少なくとも１本に電圧取得部が接続されていれば、測定点が減少するものの磁気ギャップ長が変位する方向を推定して制御パラメータを演算することができる。In this embodiment, the voltage acquisition unit of the magnetic gap length estimation device is connected to all nine connections of the three groups of three-phase windings. In the driving device of the rotating electric machine of this embodiment, as long as a voltage acquisition unit is connected to at least one of the three connections of each group, the number of measurement points will decrease, but the direction in which the magnetic gap length will change can be estimated and the control parameters can be calculated.

実施の形態３．
図１６は、実施の形態３に係る磁気ギャップ長推定装置の構成図である。本実施の形態における磁気ギャップ長推定装置は、１群３相のインバータで駆動される回転電機を測定対象とした磁気ギャップ長推定装置である。本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置１は、電圧取得部２と磁気ギャップ推定部３とを有している。本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置１の構成は、実施の形態１の磁気ギャップ長推定装置の構成と同様である。ただし、電圧取得部２は、１つのインバータ４ａと回転電機５との間の３本の結線の電圧を取得する。本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置１における磁気ギャップ長の推定方法は、実施の形態１の推定方法と同様である。 Embodiment 3.
16 is a configuration diagram of a magnetic gap length estimation device according to a third embodiment. The magnetic gap length estimation device in this embodiment is a magnetic gap length estimation device that measures a rotating electric machine driven by a single group three-phase inverter. The magnetic gap length estimation device 1 of this embodiment has a voltage acquisition unit 2 and a magnetic gap estimation unit 3. The configuration of the magnetic gap length estimation device 1 of this embodiment is similar to the configuration of the magnetic gap length estimation device of the first embodiment. However, the voltage acquisition unit 2 acquires voltages of three connections between one inverter 4a and the rotating electric machine 5. The method of estimating the magnetic gap length in the magnetic gap length estimation device 1 of this embodiment is similar to the estimation method of the first embodiment.

図１７は、本実施の形態における測定対象となる回転電機５の構成図である。図１７に示す回転電機５は、１群３相のインバータ駆動を想定された２極３６スロット構成の回転電機である。なお、図１７において、回転子は省略されている。固定子５１はグループ１のみの構成である。また、図１７において、各コイルに流れる電流の方向は、２種類の記号でその方向を示している。この回転電機５の固定子５１は、複数個のスロットを跨いでコイルが配置された分布巻き構造である。グループ１はＵ、ＶおよびＷ相の３相で構成され、さらに各相は６つのコイルから構成されている。例えば、Ｕ相のコイルを示すＵ１は、６つのコイルＵ１１、Ｕ１２、Ｕ１３、Ｕ１４、Ｕ１５、Ｕ１６を有している。各コイルは、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の順に周方向に連続するように巻き回されている。この回転電機５のコイルは、反時計回りにＵ１１、Ｕ１２、Ｕ１３、Ｕ１４、Ｕ１５、Ｕ１６、Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１４、Ｖ１５、Ｖ１６、Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ１４、Ｗ１５、Ｗ１６の順番に配置されている。 Figure 17 is a configuration diagram of the rotating electric machine 5 to be measured in this embodiment. The rotating electric machine 5 shown in Figure 17 is a rotating electric machine with 2 poles and 36 slots, which is intended for inverter drive of one group of three phases. Note that the rotor is omitted in Figure 17. The stator 51 is configured with only group 1. In addition, in Figure 17, the direction of the current flowing through each coil is indicated by two types of symbols. The stator 51 of this rotating electric machine 5 has a distributed winding structure in which coils are arranged across multiple slots. Group 1 is composed of three phases, U, V, and W phases, and each phase is further composed of six coils. For example, U1, which indicates the coil of the U phase, has six coils U11, U12, U13, U14, U15, and U16. Each coil is wound so that it is continuous in the circumferential direction in the order of U, V, and W phases. The coils of this rotating electric machine 5 are arranged in the following order counterclockwise: U11, U12, U13, U14, U15, U16, V11, V12, V13, V14, V15, V16, W11, W12, W13, W14, W15, and W16.

すなわち、Ｍ群Ｎ相で各相がＫ個のコイルで構成された回転電機におけるｍ群ｎ相ｋ番目のコイルをＣ（ｍ、ｎ、ｋ）と表記した場合、図１７に示す回転電機５は、１≦ｍ≦Ｍ、１≦ｎ≦Ｎ、１≦ｋ≦Ｋ、かつＭ＝１、Ｎ＝３、Ｋ＝６である。そして、この回転電機５のコイルは、反時計回りに、Ｃ（１、１、１）、Ｃ（１、１、２）、Ｃ（１、１、３）、Ｃ（１、１、４）、Ｃ（１、１、５）、Ｃ（１、１、６）、Ｃ（１、２、１）、Ｃ（１、２、２）、Ｃ（１、２、３）、Ｃ（１、２、４）、Ｃ（１、２、５）、Ｃ（１、２、６）、Ｃ（１、３、１）、Ｃ（１、３、２）、Ｃ（１、３、３）、Ｃ（１、３、４）、Ｃ（１、３、５）、Ｃ（１、３、６）の順番に配置されている。このように各群各相のコイルを周方向に連続して配置することで、磁気ギャップ長のアンバランスによる各相の電圧波形の振幅の差異が大きくなる。各相の電圧波形の振幅の差異が大きくなると、磁気ギャップ長の推定に用いる各線間電圧の３次高調波成分の差異も大きくなるため、磁気ギャップ長の推定精度をより高めることができる。In other words, if the kth coil of m groups and n phases in a rotating electric machine consisting of M groups and N phases, each of which has K coils, is expressed as C(m, n, k), then the rotating electric machine 5 shown in Figure 17 has 1≦m≦M, 1≦n≦N, 1≦k≦K, and M=1, N=3, and K=6. The coils of the rotating electric machine 5 are arranged in the following order in a counterclockwise direction: C(1,1,1), C(1,1,2), C(1,1,3), C(1,1,4), C(1,1,5), C(1,1,6), C(1,2,1), C(1,2,2), C(1,2,3), C(1,2,4), C(1,2,5), C(1,2,6), C(1,3,1), C(1,3,2), C(1,3,3), C(1,3,4), C(1,3,5), C(1,3,6). By arranging the coils of each group and each phase consecutively in the circumferential direction in this manner, the difference in amplitude of the voltage waveforms of each phase due to the imbalance in the magnetic gap length becomes large. When the difference in amplitude between the voltage waveforms of each phase becomes larger, the difference in the third harmonic components of each line voltage used to estimate the magnetic gap length also becomes larger, so that the accuracy of estimating the magnetic gap length can be further improved.

図１８は、本実施の形態における測定対象となる別の回転電機５の構成図である。図１８に示す回転電機５は、１群３相のインバータ駆動を想定された２極３スロット構成の回転電機である。なお、図１８において、回転子は省略されている。固定子５１はグループ１のみの構成である。また、図１８において、各コイルに流れる電流の方向は、２種類の記号でその方向を示している。この回転電機５の固定子５１は、１つのティースに各相のコイルが集中巻きで巻き回された構造である。グループ１はＵ、ＶおよびＷ相の３相で構成されている。 Figure 18 is a configuration diagram of another rotating electric machine 5 that is the subject of measurement in this embodiment. The rotating electric machine 5 shown in Figure 18 is a two-pole, three-slot rotating electric machine intended for inverter drive of one group of three phases. Note that the rotor is omitted in Figure 18. The stator 51 is configured with only group 1. Also, in Figure 18, the direction of the current flowing through each coil is indicated by two types of symbols. The stator 51 of this rotating electric machine 5 has a structure in which the coils of each phase are wound in a concentrated winding around one tooth. Group 1 is composed of three phases, U, V and W.

Ｍ群Ｎ相で各相がＫ個のコイルで構成された回転電機におけるｍ群ｎ相ｋ番目のコイルをＣ（ｍ、ｎ、ｋ）と表記すると、図１８に示す回転電機５は、１≦ｍ≦Ｍ、１≦ｎ≦Ｎ、１≦ｋ≦Ｋ、かつＭ＝１、Ｎ＝３、Ｋ＝１である。そして、この回転電機５のコイルは、反時計回りに、Ｃ（１、１、１）、Ｃ（１、２、１）、Ｃ（１、３、１）の順番に配置されている。このように集中巻きの回転電機においても３相のコイルを周方向に連続して配置することで、磁気ギャップ長のアンバランスによる各相の電圧波形の振幅の差異が大きくなり、磁気ギャップ長の推定精度をより高めることができる。 If the k-th coil of m groups and n phases in a rotating electric machine consisting of M groups and N phases, each of which has K coils, is expressed as C(m, n, k), the rotating electric machine 5 shown in FIG. 18 has 1≦m≦M, 1≦n≦N, 1≦k≦K, and M=1, N=3, and K=1. The coils of this rotating electric machine 5 are arranged counterclockwise in the order of C(1,1,1), C(1,2,1), and C(1,3,1). In this way, even in a rotating electric machine with concentrated windings, by arranging the coils of three phases continuously in the circumferential direction, the difference in the amplitude of the voltage waveforms of each phase due to the imbalance of the magnetic gap length becomes large, and the estimation accuracy of the magnetic gap length can be further improved.

図１９は、本実施の形態における測定対象となる別の回転電機５の構成図である。図１９に示す回転電機５は、１群３相のインバータ駆動を想定された８極９スロット構成の回転電機である。なお、図１９において、回転子は省略されている。固定子５１はグループ１のみの構成である。また、図１９において、各コイルに流れる電流の方向は、２種類の記号でその方向を示している。この回転電機５の固定子５１は、１つのティースに各相のコイルが集中巻きで巻き回された構造である。グループ１はＵ、ＶおよびＷ相の３相で構成されている。 Figure 19 is a configuration diagram of another rotating electric machine 5 that is the subject of measurement in this embodiment. The rotating electric machine 5 shown in Figure 19 is an 8-pole, 9-slot rotating electric machine intended for inverter drive of one group of three phases. Note that the rotor is omitted in Figure 19. The stator 51 is configured with only group 1. Also, in Figure 19, the direction of the current flowing through each coil is indicated by two types of symbols. The stator 51 of this rotating electric machine 5 has a structure in which the coils of each phase are wound in a concentrated winding around one tooth. Group 1 is composed of three phases, U, V and W.

Ｍ群Ｎ相で各相がＫ個のコイルで構成された回転電機におけるｍ群ｎ相ｋ番目のコイルをＣ（ｍ、ｎ、ｋ）と表記すると、図１９に示す回転電機５は、１≦ｍ≦Ｍ、１≦ｎ≦Ｎ、１≦ｋ≦Ｋ、かつＭ＝１、Ｎ＝３、Ｋ＝３である。そして、この回転電機５のコイルは、反時計回りに、Ｃ（１、１、１）、Ｃ（１、１、２）、Ｃ（１、１、３）、Ｃ（１、２、１）、Ｃ（１、２、２）、Ｃ（１、２、３）、Ｃ（１、３、１）、Ｃ（１、３、２）、Ｃ（１、３、３）の順番に配置されている。このように集中巻きの回転電機においても３相のコイルを周方向に連続して配置することで、磁気ギャップ長のアンバランスによる各相の電圧波形の振幅の差異が大きくなり、磁気ギャップ長の推定精度をより高めることができる。 If the m-group, n-phase, k-th coil in a rotating electric machine consisting of M groups, N phases, and K coils for each phase is expressed as C(m, n, k), the rotating electric machine 5 shown in FIG. 19 has 1≦m≦M, 1≦n≦N, 1≦k≦K, and M=1, N=3, and K=3. The coils of this rotating electric machine 5 are arranged counterclockwise in the following order: C(1,1,1), C(1,1,2), C(1,1,3), C(1,2,1), C(1,2,2), C(1,2,3), C(1,3,1), C(1,3,2), and C(1,3,3). In this way, even in a rotating electric machine with concentrated windings, by arranging the coils of three phases continuously in the circumferential direction, the difference in the amplitude of the voltage waveforms of each phase due to the imbalance of the magnetic gap length becomes large, and the estimation accuracy of the magnetic gap length can be further improved.

このように構成された磁気ギャップ長推定装置においても、実施の形態１と同様に、電流センサおよび電流負荷が不要でかつ結線の中性点の電圧測定が不要となる。 In the magnetic gap length estimation device configured in this manner, as in embodiment 1, a current sensor and a current load are not required, and there is no need to measure the voltage at the neutral point of the connection.

なお、本実施の形態においては、１群３相の巻線の３本の結線すべてに対して磁気ギャップ長推定装置の電圧取得部が接続されている。本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置は、３本の結線のうち少なくとも２本に電圧取得部が接続されていれば、測定点が減少するものの磁気ギャップ長を推定することができる。In this embodiment, the voltage acquisition unit of the magnetic gap length estimation device is connected to all three connections of the first group of three-phase windings. The magnetic gap length estimation device of this embodiment can estimate the magnetic gap length as long as the voltage acquisition unit is connected to at least two of the three connections, although the number of measurement points is reduced.

なお、本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置を用いて実施の形態２に示した回転電機の駆動装置を構成し、この駆動装置を図１９に示した８極９スロット構成の回転電機に適用した場合、この空間高調波の次数成分の巻線係数が低い極およびスロット数の組み合わせの回転電機においても、振動および騒音をさらに低減することができる。 When a drive unit for a rotating electric machine shown in embodiment 2 is constructed using the magnetic gap length estimation device of this embodiment and this drive unit is applied to a rotating electric machine having an 8-pole, 9-slot configuration as shown in Figure 19, vibration and noise can be further reduced even in a rotating electric machine having a combination of poles and slot numbers with a low winding coefficient for the order components of the spatial harmonics.

実施の形態４．
図２０は、実施の形態４に係る磁気ギャップ長推定装置の構成図である。本実施の形態における磁気ギャップ長推定装置は、１群６相のインバータで駆動される回転電機を測定対象とした磁気ギャップ長推定装置である。本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置１は、電圧取得部２と磁気ギャップ推定部３とを有している。本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置１の構成は、実施の形態１の磁気ギャップ長推定装置の構成と同様である。ただし、電圧取得部２は、１つのインバータ４ａと回転電機５との間の６本の結線の電圧を取得する。また、本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置１における磁気ギャップ長の推定方法は、実施の形態１の推定方法と一部異なっている。 Embodiment 4.
Fig. 20 is a configuration diagram of a magnetic gap length estimation device according to a fourth embodiment. The magnetic gap length estimation device in this embodiment is a magnetic gap length estimation device that measures a rotating electric machine driven by a single group six-phase inverter. The magnetic gap length estimation device 1 of this embodiment has a voltage acquisition unit 2 and a magnetic gap estimation unit 3. The configuration of the magnetic gap length estimation device 1 of this embodiment is similar to the configuration of the magnetic gap length estimation device of the first embodiment. However, the voltage acquisition unit 2 acquires voltages of six connections between one inverter 4a and the rotating electric machine 5. Also, the method of estimating the magnetic gap length in the magnetic gap length estimation device 1 of this embodiment is partially different from the estimation method of the first embodiment.

図２１は、本実施の形態における測定対象の回転電機５の構成図である。図２１に示す回転電機５は、１群６相のインバータ駆動を想定された２極６スロット構成の回転電機である。なお、図２１において、回転子は省略されている。固定子５１はグループ１のみの構成である。また、図２１において、各コイルに流れる電流の方向は、２種類の記号でその方向を示している。本実施の形態の回転電機５の固定子５１は、１つのティースに各相のコイルが集中巻きで巻き回された構造である。グループ１はＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ相の６相で構成され、各コイルは、反時計回りにＡ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１の順番に配置されている。 Figure 21 is a configuration diagram of the rotating electric machine 5 to be measured in this embodiment. The rotating electric machine 5 shown in Figure 21 is a two-pole, six-slot rotating electric machine intended for inverter drive of one group of six phases. Note that the rotor is omitted in Figure 21. The stator 51 is configured with only group 1. Also, in Figure 21, the direction of the current flowing through each coil is indicated by two types of symbols. The stator 51 of the rotating electric machine 5 in this embodiment has a structure in which the coils of each phase are wound around one tooth in a concentrated winding. Group 1 is composed of six phases, A, B, C, D, E, and F, and the coils are arranged in the order of A1, B1, C1, D1, E1, and F1 in a counterclockwise direction.

すなわち、Ｍ群Ｎ相で各相がＫ個のコイルで構成された回転電機におけるｍ群ｎ相ｋ番目のコイルをＣ（ｍ、ｎ、ｋ）と表記した場合、本実施の形態の回転電機５は、１≦ｍ≦Ｍ、１≦ｎ≦Ｎ、１≦ｋ≦Ｋ、かつＭ＝１、Ｎ＝６、Ｋ＝１である。そして、この回転電機５のコイルは、反時計回りに、Ｃ（１、１、１）、Ｃ（１、２、１）、Ｃ（１、３、１）、Ｃ（１、４、１）、Ｃ（１、５、１）、Ｃ（１、６、１）の順番に配置されている。このように各群各相のコイルを周方向に連続して配置することで、磁気ギャップ長のアンバランスによる各相の電圧波形の振幅の差異が大きくなる。各相の電圧波形の振幅の差異が大きくなると、磁気ギャップ長の推定に用いる各線間電圧のＮ次高調波成分の差異も大きくなるため、磁気ギャップ長の推定精度をより高めることができる。That is, when the m group n phase k-th coil in a rotating electric machine composed of M groups and N phases, each of which has K coils, is expressed as C(m, n, k), the rotating electric machine 5 of this embodiment has 1≦m≦M, 1≦n≦N, 1≦k≦K, and M=1, N=6, and K=1. The coils of this rotating electric machine 5 are arranged counterclockwise in the order of C(1,1,1), C(1,2,1), C(1,3,1), C(1,4,1), C(1,5,1), and C(1,6,1). By arranging the coils of each group and each phase continuously in the circumferential direction in this way, the difference in the amplitude of the voltage waveform of each phase due to the imbalance of the magnetic gap length becomes large. When the difference in the amplitude of the voltage waveform of each phase becomes large, the difference in the N-th harmonic component of each line voltage used to estimate the magnetic gap length also becomes large, so that the estimation accuracy of the magnetic gap length can be further improved.

図２２は、本実施の形態の回転電機５における相電圧の基本波成分のベクトル表記である。図２２に示す相電圧の基本波成分は、偏心が発生していないときのベクトルを示している。各相の電気的な位相差は、３６０／６＝６０°であり、実施の形態１の図７と図８との関係を適用すると、偏心が発生していないときは相電圧の６次高調波成分の位相が一致して６次高調波成分のベクトルが重なることがわかる。すなわち、本実施の形態の回転電機においては、線間電圧の６次高調波成分が磁気ギャップ長に不均一が発生したときに現れる特徴量であることがわかる。そこで、本実施の形態における磁気ギャップ長の推定方法においては、線間電圧の６次高調波成分を用いる点が実施の形態１の磁気ギャップ長の推定方法と異なっている。つまり、本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置においては、実施の形態１の図６のフローチャートにおいて、ステップＳ４およびステップＳ５のＮ次高調波成分として６次高調波成分を用いている。それ以外は実施の形態１と同様である。 Figure 22 is a vector representation of the fundamental wave component of the phase voltage in the rotating electric machine 5 of this embodiment. The fundamental wave component of the phase voltage shown in Figure 22 shows a vector when no eccentricity occurs. The electrical phase difference between each phase is 360/6 = 60°, and when the relationship between Figures 7 and 8 of the first embodiment is applied, it can be seen that when no eccentricity occurs, the phases of the sixth harmonic components of the phase voltage match and the vectors of the sixth harmonic components overlap. That is, in the rotating electric machine of this embodiment, it can be seen that the sixth harmonic component of the line voltage is a feature that appears when unevenness occurs in the magnetic gap length. Therefore, the magnetic gap length estimation method of this embodiment differs from the magnetic gap length estimation method of the first embodiment in that the sixth harmonic component of the line voltage is used. That is, in the magnetic gap length estimation device of this embodiment, the sixth harmonic component is used as the Nth harmonic component in steps S4 and S5 in the flowchart of Figure 6 of the first embodiment. The rest is the same as the first embodiment.

このように構成された磁気ギャップ長推定装置においても、実施の形態１と同様に電流センサおよび電流負荷が不要でかつ結線の中性点の電圧測定が不要となる。 In the magnetic gap length estimation device configured in this manner, as in embodiment 1, a current sensor and a current load are not required, and there is no need to measure the voltage at the neutral point of the connection.

なお、本実施の形態においては、１群６相の巻線の６本の結線すべてに対して磁気ギャップ長推定装置の電圧取得部が接続されている。本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置は、６本の結線のうち少なくとも２本に電圧取得部が接続されていれば、測定点が減少するものの磁気ギャップ長を推定することができる。In this embodiment, the voltage acquisition unit of the magnetic gap length estimation device is connected to all six connections of the first group of six-phase windings. The magnetic gap length estimation device of this embodiment can estimate the magnetic gap length as long as the voltage acquisition unit is connected to at least two of the six connections, although the number of measurement points is reduced.

実施の形態５．
図２３は、実施の形態５に係る磁気ギャップ長推定装置の構成図である。本実施の形態における磁気ギャップ長推定装置は、４群５相のインバータで駆動される回転電機を測定対象とした磁気ギャップ長推定装置である。本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置１は、電圧取得部２と磁気ギャップ推定部３とを有している。本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置１の構成は、実施の形態１の磁気ギャップ長推定装置の構成と同様である。ただし、電圧取得部２は、４つのインバータ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと回転電機５との間の２０本の結線の電圧を取得する。また、本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置１における磁気ギャップ長の推定方法は、実施の形態１の推定方法と一部異なっている。 Embodiment 5.
Fig. 23 is a configuration diagram of a magnetic gap length estimation device according to a fifth embodiment. The magnetic gap length estimation device in this embodiment is a magnetic gap length estimation device that measures a rotating electric machine driven by a four-group five-phase inverter. The magnetic gap length estimation device 1 of this embodiment has a voltage acquisition unit 2 and a magnetic gap estimation unit 3. The configuration of the magnetic gap length estimation device 1 of this embodiment is similar to the configuration of the magnetic gap length estimation device of the first embodiment. However, the voltage acquisition unit 2 acquires voltages of 20 connections between the four inverters 4a, 4b, 4c, and 4d and the rotating electric machine 5. Also, the method of estimating the magnetic gap length in the magnetic gap length estimation device 1 of this embodiment is partially different from the estimation method of the first embodiment.

図２４は、本実施の形態における測定対象の回転電機５の構成図である。図２４に示す回転電機５は、４群５相のインバータ駆動を想定された８極８０スロット構成の回転電機である。なお、図２４において、回転子は省略されている。固定子５１のコイルはグループ１からグループ４の構成であり、それぞれのグループが３６０／４＝９０°の機械角位相差で配置されている。また、図２４において、各コイルに流れる電流の方向は、２種類の記号でその方向を示している。本実施の形態の回転電機５の固定子５１は、複数個のスロットを跨いでコイルが配置された分布巻き構造である。各グループのコイルは、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ相の５相で構成され、さらに各相は２つのコイルで構成されている。例えば、グループ１のＡ相は、２つのコイルＡ１１、Ａ１２を有している。各グループのコイルは、Ａ、Ｄ、Ｂ、Ｅ、Ｃ相の順に周方向に連続するように巻き回されている。例えば、グループ１のコイルは、反時計回りにＡ１１、Ａ１２、Ｄ１１、Ｄ１２、Ｂ１１、Ｂ１２、Ｅ１１、Ｅ１２、Ｃ１１、Ｃ１２の順番に配置されている。 Figure 24 is a configuration diagram of the rotating electric machine 5 to be measured in this embodiment. The rotating electric machine 5 shown in Figure 24 is an 8-pole, 80-slot rotating electric machine that is intended for inverter drive of 4 groups and 5 phases. In addition, the rotor is omitted in Figure 24. The coils of the stator 51 are configured as groups 1 to 4, and each group is arranged with a mechanical angle phase difference of 360/4 = 90°. In addition, in Figure 24, the direction of the current flowing through each coil is indicated by two types of symbols. The stator 51 of the rotating electric machine 5 of this embodiment has a distributed winding structure in which coils are arranged across multiple slots. The coils of each group are composed of five phases, A, B, C, D, and E, and each phase is further composed of two coils. For example, the A phase of group 1 has two coils A11 and A12. The coils of each group are wound so that they are continuous in the circumferential direction in the order of A, D, B, E, and C. For example, the coils in group 1 are arranged in the following order in the counterclockwise direction: A11, A12, D11, D12, B11, B12, E11, E12, C11, and C12.

すなわち、Ｍ群Ｎ相で各相がＫ個のコイルで構成された回転電機におけるｍ群ｎ相ｋ番目のコイルをＣ（ｍ、ｎ、ｋ）と表記した場合、図２４に示す回転電機５は、１≦ｍ≦Ｍ、１≦ｎ≦Ｎ、１≦ｋ≦Ｋ、かつＭ＝４、Ｎ＝５、Ｋ＝２である。そして、この回転電機５のコイルは、反時計回りに、Ｃ（１、１、１）、Ｃ（１、１、２）、Ｃ（１、２、１）、Ｃ（１、２、２）、Ｃ（１、３、１）、Ｃ（１、３、２）、Ｃ（１、４、１）、Ｃ（１、４、２）、Ｃ（１、５、１）、Ｃ（１、５、２）、Ｃ（２、１、１）、Ｃ（２、１、２）、Ｃ（２、２、１）、Ｃ（２、２、２）、Ｃ（２、３、１）、Ｃ（２、３、２）、Ｃ（２、４、１）、Ｃ（２、４、２）、Ｃ（２、５、１）、Ｃ（２、５、２）、Ｃ（３、１、１）、Ｃ（３、１、２）、Ｃ（３、２、１）、Ｃ（３、２、２）、Ｃ（３、３、１）、Ｃ（３、３、２）、Ｃ（３、４、１）、Ｃ（３、４、２）、Ｃ（３、５、１）、Ｃ（３、５、２）、Ｃ（４、１、１）、Ｃ（４、１、２）、Ｃ（４、２、１）、Ｃ（４、２、２）、Ｃ（４、３、１）、Ｃ（４、３、２）、Ｃ（４、４、１）、Ｃ（４、４、２）、Ｃ（４、５、１）、Ｃ（４、５、２）の順番に配置されている。このように各群各相のコイルを周方向に連続して配置することで、磁気ギャップ長のアンバランスによる各相の電圧波形の振幅の差異が大きくなる。各相の電圧波形の振幅の差異が大きくなると、磁気ギャップ長の推定に用いる各線間電圧のＮ次高調波成分の差異も大きくなるため、磁気ギャップ長の推定精度をより高めることができる。In other words, if the kth coil of m groups and n phases in a rotating electric machine consisting of M groups and N phases, each of which has K coils, is expressed as C(m, n, k), then the rotating electric machine 5 shown in Figure 24 has 1≦m≦M, 1≦n≦N, 1≦k≦K, where M=4, N=5, and K=2. The coils of the rotating electric machine 5 are arranged counterclockwise as follows: C(1,1,1), C(1,1,2), C(1,2,1), C(1,2,2), C(1,3,1), C(1,3,2), C(1,4,1), C(1,4,2), C(1,5,1), C(1,5,2), C(2,1,1), C(2,1,2), C(2,2,1), C(2,2,2), C(2,3,1), C(2,3,2), C(2,4,1), C(2,4,2), C(2,5,1), C( The coils are arranged in the following order: C(3,2,5,2), C(3,1,1), C(3,1,2), C(3,2,1), C(3,2,2), C(3,3,1), C(3,3,2), C(3,4,1), C(3,4,2), C(3,5,1), C(3,5,2), C(4,1,1), C(4,1,2), C(4,2,1), C(4,2,2), C(4,3,1), C(4,3,2), C(4,4,1), C(4,4,2), C(4,5,1), C(4,5,2). By arranging the coils of each group and each phase continuously in the circumferential direction in this manner, the difference in amplitude of the voltage waveform of each phase due to the imbalance in the magnetic gap length becomes large. When the difference in amplitude between the voltage waveforms of each phase becomes larger, the difference in the Nth harmonic components of each line voltage used to estimate the magnetic gap length also becomes larger, so that the accuracy of estimating the magnetic gap length can be further improved.

図２５は、本実施の形態における測定対象の別の回転電機５の構成図である。図２５に示す回転電機５は、４群５相のインバータ駆動を想定された８極２０スロット構成の回転電機である。なお、図２５において、回転子は省略されている。固定子５１のコイルはグループ１からグループ４の構成であり、それぞれのグループが３６０／４＝９０°の機械角位相差で配置されている。また、図２５において、各コイルに流れる電流の方向は、２種類の記号でその方向を示している。この回転電機５の固定子５１は、複数個のスロットを跨いでコイルが配置された分布巻き構造である。各グループのコイルは、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ相の５相で構成されている。各グループのコイルは、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ相の順に周方向に連続するように巻き回されている。 Figure 25 is a configuration diagram of another rotating electric machine 5 to be measured in this embodiment. The rotating electric machine 5 shown in Figure 25 is an 8-pole, 20-slot rotating electric machine that is intended for inverter drive of 4 groups and 5 phases. In Figure 25, the rotor is omitted. The coils of the stator 51 are configured as groups 1 to 4, and each group is arranged with a mechanical angle phase difference of 360/4 = 90°. In Figure 25, the direction of the current flowing through each coil is indicated by two types of symbols. The stator 51 of this rotating electric machine 5 has a distributed winding structure in which coils are arranged across multiple slots. The coils of each group are configured with five phases, A, B, C, D, and E. The coils of each group are wound so that they are continuous in the circumferential direction in the order of A, B, C, D, and E.

すなわち、Ｍ群Ｎ相で各相がＫ個のコイルで構成された回転電機におけるｍ群ｎ相ｋ番目のコイルをＣ（ｍ、ｎ、ｋ）と表記した場合、図２５に示す回転電機５は、１≦ｍ≦Ｍ、１≦ｎ≦Ｎ、１≦ｋ≦Ｋ、かつＭ＝４、Ｎ＝５、Ｋ＝１である。そして、この回転電機５のコイルは、反時計回りに、Ｃ（１、１、１）、Ｃ（１、２、１）、Ｃ（１、３、１）、Ｃ（１、４、１）、Ｃ（１、５、１）、Ｃ（２、１、１）、Ｃ（２、２、１）、Ｃ（２、３、１）、Ｃ（２、４、１）、Ｃ（２、５、１）、Ｃ（３、１、１）、Ｃ（３、２、１）、Ｃ（３、３、１）、Ｃ（３、４、１）、Ｃ（３、５、１）、Ｃ（４、１、１）、Ｃ（４、２、１）、Ｃ（４、３、１）、Ｃ（４、４、１）、Ｃ（４、５、１）の順番に配置されている。このように各群各相のコイルを周方向に連続して配置することで、磁気ギャップ長のアンバランスによる各相の電圧波形の振幅の差異が大きくなる。各相の電圧波形の振幅の差異が大きくなると、磁気ギャップ長の推定に用いる各線間電圧のＮ次高調波成分の差異も大きくなるため、磁気ギャップ長の推定精度をより高めることができる。In other words, if the kth coil of m groups and n phases in a rotating electric machine consisting of M groups and N phases, each of which has K coils, is expressed as C(m, n, k), then the rotating electric machine 5 shown in Figure 25 has 1≦m≦M, 1≦n≦N, 1≦k≦K, and M=4, N=5, and K=1. The coils of the rotating electric machine 5 are arranged in the following order in a counterclockwise direction: C(1,1,1), C(1,2,1), C(1,3,1), C(1,4,1), C(1,5,1), C(2,1,1), C(2,2,1), C(2,3,1), C(2,4,1), C(2,5,1), C(3,1,1), C(3,2,1), C(3,3,1), C(3,4,1), C(3,5,1), C(4,1,1), C(4,2,1), C(4,3,1), C(4,4,1), C(4,5,1). By arranging the coils of each group and each phase continuously in the circumferential direction in this manner, the difference in the amplitude of the voltage waveform of each phase due to the imbalance of the magnetic gap length becomes large. When the difference in amplitude between the voltage waveforms of each phase becomes larger, the difference in the Nth harmonic components of each line voltage used to estimate the magnetic gap length also becomes larger, so that the accuracy of estimating the magnetic gap length can be further improved.

図２６は、本実施の形態の回転電機５における相電圧の基本波成分のベクトル表記である。図２６に示す相電圧の基本波成分は、偏心が発生していないときのベクトルを示している。各相の電気的な位相差は、３６０／５＝７２°であり、実施の形態１の図７と図８との関係を適用すると、偏心が発生していないときは相電圧の５次高調波成分の位相が一致して５次高調波成分のベクトルが重なることがわかる。すなわち、本実施の形態の回転電機においては、線間電圧の５次高調波成分が磁気ギャップ長に不均一が発生したときに現れる特徴量であることがわかる。そこで、本実施の形態における磁気ギャップ長の推定方法においては、線間電圧の５次高調波成分を用いる点が実施の形態１の磁気ギャップ長の推定方法と異なっている。つまり、本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置においては、実施の形態１の図６のフローチャートにおいて、ステップＳ４およびステップＳ５のＮ次高調波成分として５次高調波成分を用いている。それ以外は実施の形態１と同様である。 Figure 26 is a vector representation of the fundamental wave component of the phase voltage in the rotating electric machine 5 of this embodiment. The fundamental wave component of the phase voltage shown in Figure 26 shows a vector when no eccentricity occurs. The electrical phase difference between each phase is 360/5 = 72°, and when the relationship between Figures 7 and 8 of the first embodiment is applied, it can be seen that when no eccentricity occurs, the phases of the fifth harmonic components of the phase voltage match and the vectors of the fifth harmonic components overlap. That is, in the rotating electric machine of this embodiment, it can be seen that the fifth harmonic component of the line voltage is a feature that appears when unevenness occurs in the magnetic gap length. Therefore, the magnetic gap length estimation method of this embodiment differs from the magnetic gap length estimation method of the first embodiment in that the fifth harmonic component of the line voltage is used. That is, in the magnetic gap length estimation device of this embodiment, the fifth harmonic component is used as the Nth harmonic component in steps S4 and S5 in the flowchart of Figure 6 of the first embodiment. Other than that, it is the same as the first embodiment.

このように構成された磁気ギャップ長推定装置においても、実施の形態１と同様に電流センサおよび電流負荷が不要でかつ結線の中性点の電圧測定が不要となる。 In the magnetic gap length estimation device configured in this manner, as in embodiment 1, a current sensor and a current load are not required, and there is no need to measure the voltage at the neutral point of the connection.

なお、本実施の形態においては、４群５相の巻線の２０本の結線すべてに対して磁気ギャップ長推定装置の電圧取得部が接続されている。本実施の形態の磁気ギャップ長推定装置は、各群の５本の結線のうち少なくとも２本に電圧取得部が接続されていれば、測定点が減少するものの磁気ギャップ長を推定することができる。In this embodiment, the voltage acquisition unit of the magnetic gap length estimation device is connected to all 20 connections of the 4 groups of 5-phase windings. The magnetic gap length estimation device of this embodiment can estimate the magnetic gap length as long as the voltage acquisition unit is connected to at least 2 of the 5 connections of each group, although the number of measurement points is reduced.

実施の形態６．
図２７は、実施の形態６に係る回転電機の駆動装置の構成図である。本実施の形態における回転電機の駆動装置１０は、実施の形態５の磁気ギャップ長推定装置１と、４つのインバータ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに制御パラメータを送る制御パラメータ演算部７とを有している。制御パラメータ演算部７は、磁気ギャップ長推定装置１で推定された磁気ギャップ長に基づいて、回転電機５の各グループへの電流入力値を調整する制御パラメータを４つのインバータ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにそれぞれ送る。また、制御パラメータ演算部７は、外部出力端子８を有している。例えば、この外部出力端子８に外部モニタを接続することで、磁気ギャップの状態および制御パラメータを可視化することができる。 Embodiment 6.
27 is a configuration diagram of a drive device for a rotating electric machine according to a sixth embodiment. A drive device 10 for a rotating electric machine in this embodiment includes the magnetic gap length estimation device 1 of the fifth embodiment and a control parameter calculation unit 7 that sends control parameters to four inverters 4a, 4b, 4c, and 4d. The control parameter calculation unit 7 sends control parameters for adjusting the current input value to each group of the rotating electric machine 5 to each of the four inverters 4a, 4b, 4c, and 4d based on the magnetic gap length estimated by the magnetic gap length estimation device 1. The control parameter calculation unit 7 also has an external output terminal 8. For example, by connecting an external monitor to this external output terminal 8, the state of the magnetic gap and the control parameters can be visualized.

例えば、回転電機５がグループ３の磁気ギャップ長が縮小する方向に静的偏心を有する場合、グループ３に属するコイルへの電流入力値をグループ１、グループ２およびグループ４に属するコイルへの電流入力値より小さく設定する。このように制御することで、偏心に起因する振動および騒音を低減することができる。For example, if the rotating electric machine 5 has static eccentricity in the direction in which the magnetic gap length of group 3 is reduced, the current input value to the coils belonging to group 3 is set to be smaller than the current input values to the coils belonging to groups 1, 2, and 4. By controlling in this manner, it is possible to reduce vibrations and noise caused by eccentricity.

なお、本実施の形態においては、４群５相の巻線の２０本の結線すべてに対して磁気ギャップ長推定装置の電圧取得部が接続されている。本実施の形態の回転電機の駆動装置は、各群の５本の結線のうち少なくとも１本に電圧取得部が接続されていれば、測定点が減少するものの磁気ギャップ長が変位する方向を推定して制御パラメータを演算することができる。In this embodiment, the voltage acquisition unit of the magnetic gap length estimation device is connected to all 20 connections of the 4 groups of 5-phase windings. In the driving device for the rotating electric machine of this embodiment, as long as a voltage acquisition unit is connected to at least one of the 5 connections of each group, the number of measurement points will decrease, but the direction in which the magnetic gap length will change can be estimated and the control parameters can be calculated.

実施の形態１、３から５で説明した磁気ギャップ長推定装置は、３群３相または１群３相の回転電機に対しては線間電圧の３次高調波成分、１群６相の回転電機に対しては線間電圧の６次高調波成分、４群５相の回転電機に対しては線間電圧の５次高調波成分を用いて磁気ギャップ長を推定している。これまで説明した磁気ギャップ長推定装置は、それ以外の回転電機としてＭ群Ｎ相の回転電機において、線間電圧のＮ次高調波成分を用いて磁気ギャップ長を推定することができる。The magnetic gap length estimation device described in the first and third to fifth embodiments estimates the magnetic gap length using the third harmonic component of the line voltage for a three-group three-phase or one-group three-phase rotating electric machine, the sixth harmonic component of the line voltage for a one-group six-phase rotating electric machine, and the fifth harmonic component of the line voltage for a four-group five-phase rotating electric machine. The magnetic gap length estimation device described so far can estimate the magnetic gap length using the Nth harmonic component of the line voltage in an M-group N-phase rotating electric machine as another rotating electric machine.

また、Ｍ群Ｎ相で各相がＫ個のコイルで構成された回転電機におけるｍ群ｎ相ｋ番目のコイルをＣ（ｍ、ｎ、ｋ）と表記した場合、１≦ｍ≦Ｍ、１≦ｎ≦Ｎ、１≦ｋ≦Ｋであり、コイルの空間配置が反時計回りに、Ｃ（１、１、１）、Ｃ（１、１、２）・・・Ｃ（１、１、Ｋ）、Ｃ（１、２、１）・・・Ｃ（１、２、Ｋ）・・・Ｃ（１、Ｎ、Ｋ）、Ｃ（２、１、１）・・・Ｃ（Ｍ、Ｎ、Ｋ）の順であれば、磁気ギャップ長のアンバランスによる各相の電圧波形の振幅の差異が大きくなる。各相の電圧波形の振幅の差異が大きくなると、磁気ギャップ長の推定に用いる各線間電圧のＮ次高調波成分の差異も大きくなるため、磁気ギャップ長の推定精度をより高めることができる。In addition, if the m-group, n-phase, k-th coil in an M-group, N-phase rotating electric machine with K coils in each phase is expressed as C(m, n, k), 1≦m≦M, 1≦n≦N, 1≦k≦K, and the coils are spatially arranged counterclockwise in the following order: C(1,1,1), C(1,1,2) ... C(1,1,K), C(1,2,1) ... C(1,2,K) ... C(1,N,K), C(2,1,1) ... C(M,N,K), the difference in amplitude of the voltage waveforms of each phase due to the imbalance in the magnetic gap length becomes large. If the difference in amplitude of the voltage waveforms of each phase becomes large, the difference in the N-th harmonic components of the line voltages used to estimate the magnetic gap length also becomes large, and the estimation accuracy of the magnetic gap length can be further improved.

なお、実施の形態１、３から５に係る磁気ギャップ長推定装置１および実施の形態２、６の回転電機の駆動装置１０は、ハードウェアの一例を図２８に示すように、プロセッサ１００と記憶装置１０１から構成される。記憶装置１０１は、図示していないが、ランダムアクセスメモリなどの揮発性記憶装置と、フラッシュメモリなどの不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ１００は、記憶装置１０１から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ１００にプログラムが入力される。また、プロセッサ１００は、演算結果などのデータを記憶装置１０１の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。 The magnetic gap length estimation device 1 according to the first, third to fifth embodiments and the rotating electric machine drive device 10 according to the second and sixth embodiments are configured with a processor 100 and a storage device 101, as shown in FIG. 28, which is an example of hardware. Although not shown, the storage device 101 includes a volatile storage device such as a random access memory and a non-volatile auxiliary storage device such as a flash memory. Also, instead of the flash memory, a hard disk auxiliary storage device may be included. The processor 100 executes a program input from the storage device 101. In this case, the program is input from the auxiliary storage device to the processor 100 via the volatile storage device. Also, the processor 100 may output data such as the calculation result to the volatile storage device of the storage device 101, or may store the data in the auxiliary storage device via the volatile storage device.

本願は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
したがって、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。 Although the present application describes various exemplary embodiments, the various features, aspects, and functions described in one or more embodiments are not limited to application to a particular embodiment, but may be applied to the embodiments alone or in various combinations.
Therefore, countless modifications not exemplified are assumed within the scope of the technology disclosed in the present specification, including, for example, modifying, adding, or omitting at least one component, and further, extracting at least one component and combining it with a component of another embodiment.

１ 磁気ギャップ長推定装置、２ 電圧取得部、３ 磁気ギャップ推定部、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ インバータ、５ 回転電機、６、８ 外部出力端子、７ 制御パラメータ演算部、１０ 駆動装置、３１ メモリ部、３２ 基本特性格納部、３３ 推定基準格納部、３４ 解析部、３５ 推定演算部、３６ 演算結果格納部、３７ スペクトル解析部、３８ 周波数解析部、５１ 固定子、５２ 回転子、１００ プロセッサ、１０１ 記憶装置。 1 magnetic gap length estimation device, 2 voltage acquisition unit, 3 magnetic gap estimation unit, 4a, 4b, 4c, 4d inverter, 5 rotating electric machine, 6, 8 external output terminal, 7 control parameter calculation unit, 10 drive unit, 31 memory unit, 32 basic characteristic storage unit, 33 estimation standard storage unit, 34 analysis unit, 35 estimation calculation unit, 36 calculation result storage unit, 37 spectrum analysis unit, 38 frequency analysis unit, 51 stator, 52 rotor, 100 processor, 101 storage device.

Claims (11)

Ｍを自然数、Ｎを２以上の自然数とし、各相の電気角位相差が３６０／Ｎ度の結線で構
成され、インバータで駆動されるＭ群Ｎ相の回転電機における磁気ギャップ長を推定する
磁気ギャップ長推定装置であって、
無負荷時に前記結線に誘起される線間無負荷誘起電圧を取得する電圧取得部と、前記磁
気ギャップ長を推定する磁気ギャップ推定部とを備えており、
前記磁気ギャップ推定部は、
前記電圧取得部で取得された前記線間無負荷誘起電圧を周波数毎の振幅と位相とに変換す
るスペクトル解析部と、
前記スペクトル解析部で変換された周波数毎の振幅および位相から前記線間無負荷誘起電
圧の基本波成分とＮ次高調波成分の振幅および位相を抽出する周波数解析部と、
前記周波数解析部で抽出された前記線間無負荷誘起電圧の基本波成分とＮ次高調波成分と
の振幅および位相から前記磁気ギャップ長を推定する推定演算部とを備えたことを特徴と
する磁気ギャップ長推定装置。 A magnetic gap length estimation device that estimates a magnetic gap length in an M-group N-phase rotating electric machine driven by an inverter, the M-group N-phase rotating electric machine being configured with wiring connections in which an electrical angle phase difference between each phase is 360/N degrees, where M is a natural number and N is a natural number equal to or greater than 2,
a voltage acquisition unit that acquires a line-to-line no-load induced voltage induced in the connection when there is no load, and a magnetic gap estimation unit that estimates the magnetic gap length,
The magnetic gap estimation unit
a spectrum analysis unit that converts the line-to-line no-load induced voltage acquired by the voltage acquisition unit into an amplitude and a phase for each frequency;
a frequency analysis unit that extracts amplitudes and phases of a fundamental wave component and an N-th harmonic component of the line-to-line no-load induced voltage from the amplitude and phase for each frequency converted by the spectrum analysis unit;
an estimation calculation unit that estimates the magnetic gap length from the amplitude and phase of a fundamental wave component and an N-th harmonic component of the line-to-line no-load induced voltage extracted by the frequency analysis unit. 前記回転電機は、各群が３６０／Ｍ度の機械角位相差で配置されたコイルで構成されて
いることを特徴とする請求項１に記載の磁気ギャップ長推定装置。 2. The magnetic gap length estimation device according to claim 1, wherein the rotating electric machine is configured with coils in each group arranged with a mechanical angle phase difference of 360/M degrees. Ｋを自然数とし、前記回転電機がＭ群Ｎ相で各相がＫ個の前記コイルで構成されており
、ｍ群ｎ相ｋ番目の前記コイルをＣ（ｍ、ｎ、ｋ）と表記した場合、１≦ｍ≦Ｍ、１≦ｎ
≦Ｎ、１≦ｋ≦Ｋであり、前記コイルの空間配置が反時計回りに、Ｃ（１、１、１）、Ｃ
（１、１、２）・・・Ｃ（１、１、Ｋ）、Ｃ（１、２、１）・・・Ｃ（１、２、Ｋ）・・
・Ｃ（１、Ｎ、Ｋ）、Ｃ（２、１、１）・・・Ｃ（Ｍ、Ｎ、Ｋ）の順であることを特徴と
する請求項２に記載の磁気ギャップ長推定装置。 When K is a natural number, the rotating electric machine has M groups and N phases, each of which is composed of K coils, and the k-th coil of the m groups and n phases is represented as C(m, n, k), 1≦m≦M, 1≦n
≦N, 1≦k≦K, and the spatial arrangement of the coils is, in a counterclockwise direction, C(1,1,1), C
(1, 1, 2) - C(1, 1, K), C(1, 2, 1) - C(1, 2, K) -
The magnetic gap length estimation device according to claim 2, characterized in that the order is C(1, N, K), C(2, 1, 1), . . . C(M, N, K). 前記回転電機の各群の前記コイルは、各相がそれぞれ直列接続されたＹ型結線で構成さ
れていることを特徴とする請求項２または３に記載の磁気ギャップ長推定装置。 4. The magnetic gap length estimation device according to claim 2, wherein the coils of each group of the rotating electric machine are configured in a Y-connection in which each phase is connected in series. 前記回転電機は、Ｙ型結線された各群の中性点同士が電気的に接続されていることを特
徴とする請求項４に記載の磁気ギャップ長推定装置。 5. The magnetic gap length estimation device according to claim 4, wherein the rotary electric machine has neutral points of each group of Y-connections electrically connected to each other. 前記推定演算部は、推定結果を外部に出力する外部出力端子を有することを特徴とする
請求項１から５のいずれか１項に記載の磁気ギャップ長推定装置。 6. The magnetic gap length estimation device according to claim 1, wherein the estimation calculation unit has an external output terminal for outputting the estimation result to the outside. 請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気ギャップ長推定装置と、
前記磁気ギャップ長推定装置で推定された前記磁気ギャップ長に基づいて前記インバー
タの制御パラメータを演算する制御パラメータ演算部とを備えたことを特徴とする回転電
機の駆動装置。 A magnetic gap length estimation device according to any one of claims 1 to 6,
a control parameter calculation unit that calculates a control parameter of the inverter based on the magnetic gap length estimated by the magnetic gap length estimation device. Ｍを自然数、Ｎを２以上の自然数とし、各相の電気角位相差が３６０／Ｎ度の結線で構M is a natural number, N is a natural number equal to or greater than 2, and the electrical angle phase difference between each phase is 360/N degrees.
成され、インバータで駆動されるＭ群Ｎ相の回転電機の駆動装置であって、A drive device for an M-group N-phase rotating electric machine, which is configured to be driven by an inverter,
無負荷時に前記結線に誘起される線間無負荷誘起電圧を取得する電圧取得部と、前記回a voltage acquisition unit that acquires a line-to-line no-load induced voltage induced in the connection when there is no load;
転電機における磁気ギャップ長を推定する磁気ギャップ推定部とを備えており、and a magnetic gap estimating unit that estimates a magnetic gap length in the electric power transfer machine,
前記磁気ギャップ推定部は、The magnetic gap estimation unit
前記電圧取得部で取得された前記線間無負荷誘起電圧を周波数毎の振幅と位相とに変換すThe line-to-line no-load induced voltage acquired by the voltage acquisition unit is converted into an amplitude and a phase for each frequency.
るスペクトル解析部と、a spectrum analysis unit;
前記スペクトル解析部で変換された周波数毎の振幅および位相から前記線間無負荷誘起The line no-load induced noise is calculated from the amplitude and phase of each frequency converted by the spectrum analysis unit.
電圧の基本波成分とＮ次高調波成分の振幅および位相を抽出する周波数解析部と、a frequency analysis unit that extracts the amplitude and phase of a fundamental wave component and an N-th harmonic component of a voltage;
前記周波数解析部で抽出された前記線間無負荷誘起電圧の基本波成分とＮ次高調波成分The fundamental wave component and the N-th harmonic component of the line-to-line no-load induced voltage extracted by the frequency analysis unit
との振幅および位相から前記磁気ギャップ長を推定する推定演算部とを備え、and an estimation calculation unit that estimates the magnetic gap length from the amplitude and phase of the
前記磁気ギャップ推定部で推定された前記磁気ギャップ長に基づいて前記インバータのThe inverter is configured to estimate the magnetic gap length based on the magnetic gap length estimated by the magnetic gap estimation unit.
制御パラメータを演算する制御パラメータ演算部とを備えたことを特徴とする回転電機のand a control parameter calculation unit for calculating a control parameter.
駆動装置。Drive unit. 前記制御パラメータ演算部は、演算結果を外部に出力する外部出力端子を有することを
特徴とする請求項７または８に記載の回転電機の駆動装置。 9. The driving device for a rotating electric machine according to claim 7 , wherein the control parameter calculation section has an external output terminal for outputting a calculation result to an external device. Ｍを自然数、Ｎを２以上の自然数とし、各相の電気角位相差が３６０／Ｎ度の結線で構
成され、インバータで駆動されるＭ群Ｎ相の回転電機における磁気ギャップ長を推定する
磁気ギャップ長推定方法であって、
無負荷時に前記結線に誘起される線間無負荷誘起電圧を取得する電圧取得ステップと、
前記磁気ギャップ長を推定する磁気ギャップ推定ステップとを備えており、
前記磁気ギャップ推定ステップは、
前記電圧取得ステップで取得された前記線間無負荷誘起電圧を周波数毎の振幅と位相とに
変換するスペクトル解析ステップと、
前記スペクトル解析ステップで変換された周波数毎の振幅および位相から前記線間無負荷
誘起電圧の基本波成分とＮ次高調波成分の振幅および位相を抽出する周波数解析ステップ
と、
前記周波数解析ステップで抽出された前記線間無負荷誘起電圧の基本波成分とＮ次高調波
成分との振幅および位相から前記磁気ギャップ長を推定する推定演算ステップとを備えた
ことを特徴とする磁気ギャップ長推定方法。 1. A magnetic gap length estimation method for estimating a magnetic gap length in an M-group N-phase rotating electric machine driven by an inverter, the M-group N-phase rotating electric machine being configured with wiring connections in which an electrical angle phase difference between each phase is 360/N degrees, where M is a natural number and N is a natural number equal to or greater than 2, the method comprising the steps of:
a voltage acquisition step of acquiring a line-to-line no-load induced voltage induced in the connection when there is no load;
and a magnetic gap estimating step of estimating the magnetic gap length,
The magnetic gap estimation step includes:
a spectrum analysis step of converting the line-to-line no-load induced voltage acquired in the voltage acquisition step into an amplitude and a phase for each frequency;
a frequency analysis step of extracting amplitudes and phases of a fundamental wave component and an N-th harmonic component of the line-to-line no-load induced voltage from the amplitudes and phases for each frequency converted in the spectrum analysis step;
and an estimation calculation step of estimating the magnetic gap length from the amplitude and phase of a fundamental wave component and an N-th harmonic component of the line-to-line no-load induced voltage extracted in the frequency analysis step. 前記推定演算ステップは、前記線間無負荷誘起電圧のＮ次高調波成分の振幅から前記磁
気ギャップ長の変位量の絶対値を推定する第１ステップと、
前記線間無負荷誘起電圧のＮ次高調波成分と相電圧のＮ次高調波成分との位相差が９０
°以上２７０°未満であれば前記磁気ギャップ長の変位量の符号が負であると判定し、前
記位相差が０°以上９０°未満または２７０°以上３６０°未満であれば前記磁気ギャッ
プ長の変位量の符号が正であると判定する第２ステップとを有することを特徴とする請求
項１０に記載の磁気ギャップ長推定方法。 The estimation calculation step includes a first step of estimating an absolute value of a displacement amount of the magnetic gap length from an amplitude of an N-th harmonic component of the line-to-line no-load induced voltage;
The phase difference between the Nth harmonic component of the line-to-line no-load induced voltage and the Nth harmonic component of the phase voltage is 90
and a second step of determining that the sign of the displacement amount of the magnetic gap length is negative if the phase difference is 0° or more and less than 90° or 270° or more and less than 360°, and determining that the sign of the displacement amount of the magnetic gap length is positive if the phase difference is 0° or more and less than 90° or 270° or more and less than 360 ° .
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